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        綜采工作面通過構(gòu)造區(qū)域的管控

        2019-04-09 11:26:14
        山東煤炭科技 2019年3期
        關(guān)鍵詞:鋼棚綜放鋼柱

        常 鑫

        (晉煤集團(tuán)成莊礦,山西 晉城 048000)

        1 工程概況

        晉煤成莊礦位于山西省晉城境內(nèi),區(qū)內(nèi)4313綜放采掘工作面位于一水平四盤區(qū),地面標(biāo)高最高1086m,最低920m,走向長度1709.67m,傾向長度210m。工作面煤層厚度為6.10~6.40m,平均厚度6.30m。直接頂巖石成分為泥巖,厚度為2.45m,基本頂巖石成分為砂質(zhì)泥巖,厚度為9.10m。根據(jù)巷道掘進(jìn)揭露地質(zhì)構(gòu)造和鉆探結(jié)果資料顯示,工作面內(nèi)發(fā)育有12條正斷層,對回采影響程度較大。工作面掘進(jìn)期間揭露F132正斷層,斷層的走向、傾向、傾角分別為72°、162°和20°,平均斷距為1.3m。在使用傳統(tǒng)錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)的條件下,工作面推進(jìn)到斷層附近時,煤層破碎嚴(yán)重,頂板下沉量與幫部變形量較大,給工作面安全生產(chǎn)帶來了很大影響。

        2 過斷層構(gòu)造區(qū)域的管控技術(shù)

        2.1 超前撞楔注漿支護(hù)

        根據(jù)4313綜放工作面斷層區(qū)域的大小,在其頂板上沿作業(yè)面垂直方向均勻布設(shè)11排鋼柱,各排鋼柱的間距為400mm,鋼柱長度選用2500mm。在工作面頂板下方1000mm處均勻布置5個鉆孔深度為4500mm的注漿鉆孔,待準(zhǔn)備工作就緒后,通過注漿泵在鉆孔內(nèi)注入一定量的低粘度馬麗散漿液,使其充分填充煤巖體的節(jié)理裂隙[1]。通過鉆孔窺視鏡對注漿情況實(shí)時觀測,待煤巖體出現(xiàn)明顯的漿脈后,即可再次進(jìn)行推進(jìn)作業(yè),在工作面推進(jìn)過程中,需每隔3m進(jìn)行一次頂板補(bǔ)釘工作,以保證頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。超前撞楔注漿支護(hù)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

        圖1 超前撞楔注漿支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

        2.2 過斷層臨時加強(qiáng)支護(hù)

        在4313綜放工作面巷道過斷層構(gòu)造區(qū)域內(nèi),通過工字鋼棚進(jìn)行臨時加強(qiáng)支護(hù),鋼棚布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。鋼棚布設(shè)過程如下:

        (1)在過斷層構(gòu)造區(qū)域進(jìn)行起底操作,起底規(guī)格為250mm×180mm(寬度×深度),在起底完成后,對工作面進(jìn)行混凝土干料澆筑,干料配比為水泥∶粉煤灰∶沙子∶碎砂石=1:8:1.4:1.2,并在澆筑區(qū)域埋設(shè)棚腿底座[2]。

        (2)通過窺視鏡對澆筑情況進(jìn)行觀測,待混凝土澆筑體徹底凝固后,在預(yù)先布設(shè)的棚腿底座上安裝棚腿,架設(shè)棚梁,通過U型卡扣裝置聯(lián)結(jié)棚腿與棚梁,并對聯(lián)結(jié)處進(jìn)行加固處理,防止棚梁的滑動脫落,棚梁架設(shè)方向需與巷道保持垂直[3]。

        (3)根據(jù)該工作面長度以及斷層區(qū)域分布狀況,設(shè)定鋼棚布設(shè)的起點(diǎn)為距F132正斷層5m處,終點(diǎn)為通過斷層5m處的位置,設(shè)置各鋼棚布設(shè)的間隔為0.5m,各鋼棚間通過連接桿相連,在完成鋼棚的布設(shè)后,要在其上方水泥背板,以增強(qiáng)棚架的穩(wěn)定性。

        圖2 鋼棚布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖

        2.3 架棚布設(shè)

        在通過斷層構(gòu)造區(qū)域時,若頂板和煤壁的破碎嚴(yán)重,僅僅依靠超前撞楔注漿支護(hù)、過斷層永久支護(hù)技術(shù)維護(hù)煤巖體穩(wěn)定性還不能完全保證正常的安全生產(chǎn),此時,還需要進(jìn)行架棚支護(hù)以保障施工安全。

        棚梁的架設(shè)需在超前撞楔的掩護(hù)下進(jìn)行,具體過程如下:沿4313工作面巷道頂板12°~15°方向處布置棚梁,并將超前撞楔的鋼柱邊緣搭于棚梁,架棚支護(hù)的前探梁通過U型托鋼固定于棚梁上,通過木楔充填前探梁于棚梁之間的間隙,使其緊固,在對前探梁加固時,需使用固定裝置對前探梁進(jìn)行鎖定,防止在工作面推進(jìn)過程中由于抖動引起架棚的滑落,影響采煤機(jī)的正常工作[4]。架棚布設(shè)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        在架棚布設(shè)過程中,為增加棚梁的抗剪強(qiáng)度,保證其固定效果,應(yīng)在棚梁處架設(shè)固定的錨桿與U29型卡纜,架設(shè)棚腿和拉桿時,要嚴(yán)格控制架棚與頂板的距離,避免空幫、空頂現(xiàn)象的出現(xiàn)[5]。在過斷層構(gòu)造區(qū)域時,若需要進(jìn)行后續(xù)的架棚布設(shè),要以先前布設(shè)作為臨時支護(hù),待新的架棚布設(shè)完成,才可拆除原有棚架。

        圖3 架棚布設(shè)結(jié)構(gòu)圖

        3 應(yīng)用效果

        4313綜放工作面過斷層構(gòu)造采用“超前撞楔注漿支護(hù)+過斷層臨時加強(qiáng)支護(hù)+布棚支護(hù)”聯(lián)合支護(hù)工藝,對巷道頂板下沉量、幫部位移量進(jìn)行監(jiān)測,巷道變形統(tǒng)計折線如圖4所示。

        圖4 巷道變形統(tǒng)計折線圖

        通過對成莊煤礦4313綜放工作面頂板以及巷幫長達(dá)65d的位移監(jiān)測,由分析可知,4313工作面進(jìn)行“超前撞楔注漿支護(hù)+過斷層臨時加強(qiáng)支護(hù)+布棚支護(hù)”聯(lián)合支護(hù)工藝維護(hù)后,有效地改善了頂板的破碎狀況,提高了整個圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其中,頂板的最大下沉量為34mm,幫部的最大位移量為23mm,較之傳統(tǒng)支護(hù)控制下頂板與巷幫62mm與57mm的變形量,分別下降了41.18%和56.60%,在工作面推進(jìn)過程中,巷道圍巖變形情況得到了有效的控制,支護(hù)效果有了明顯的提高,為類似工作面過斷層破碎帶構(gòu)造的支護(hù)技術(shù)提供了一定的借鑒。

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