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        8103高抽巷支護設計與掘進施工實踐

        2019-04-09 11:26:14
        山東煤炭科技 2019年3期
        關鍵詞:錨索間距樹脂

        豐 杰

        (同煤集團永定莊煤業(yè)公司,山西 大同 037003)

        永定莊煤業(yè)隨著開采的逐漸深入,工作面面臨著瓦斯問題,影響了礦井安全生產。布置高抽巷是一種有效進行瓦斯抽放的方式,高抽巷抽放量大,實踐效果好,隨著回采強度的不斷加大,裂隙形成也就越好,為瓦斯防治工作帶來積極作用。因此,永定莊煤業(yè)決定采用掘進高抽巷道的方法進行瓦斯抽放。

        1 巷道概況

        8103工作面高抽巷位于15-2#層盤區(qū),用于15-2#層盤區(qū)8103工作面排瓦斯使用,長度1265m。8103高抽巷施工時由盤區(qū)皮帶巷設計位置開口,先從盤區(qū)皮帶巷工作面?zhèn)雀哂诒P區(qū)皮帶巷底板1m開口,掘至盤區(qū)回風巷工作面?zhèn)?m,再以6°的坡度向前掘進至15-2#層頂板,然后沿穩(wěn)定巖層施工。8103高抽巷通過15-2#層回風巷下方時,提前在交叉點2m處架設工字鋼棚或采用錨索鋼梁支護形式,棚距不大于0.5m。巷道布置示意圖如圖1所示。

        圖1 8103高抽巷布置示意圖

        2 支護參數設計

        2.1 錨桿參數設計

        (1)支護材料的選擇依據

        按錨桿支護加固原理確定錨桿參數,選取15-2#層8103高抽巷掘進寬度為3.6m,確定錨桿支護參數,具體計算過程如下:

        錨桿長度:

        式中:

        L-錨桿長度,m;

        W-巷道跨度,取3.6m;

        N-圍巖穩(wěn)定影響系數,取1.2。

        所以L=1.752m<2.4m,故選用2.4m長的錨桿即可滿足使用需求。

        故選用直徑為22mm的錨桿。為了加強支護效果,選用直徑22mm、長度2.4m的錨桿合格。

        (2)按加固拱原理確定錨桿整體參數

        為了在圍巖中形成一定厚度的加固拱,錨桿長度應不小于兩倍錨桿間距。

        所以取0.9m。

        (3)按錨桿單體承載,懸吊作用驗算

        式中:

        A-錨栓間距,取0.9m;

        B-錨栓排距,取0.9m;

        C-錨栓錨固巖厚,取1.8m;

        V-巖體比重,取2.6t/m3。

        故G=3.7908t<8t。因每根Φ22mm×2400mm的螺紋鋼錨桿實測錨固力不小于8t,所以規(guī)程規(guī)定的排間距布置能滿足使用要求。

        (4)頂板壓力估算

        按設計錨桿長2.4m,直徑22mm,錨固力每根8t,按實際承載力Q不小于8t計算,N為驗算區(qū)內共布置錨桿的數量,驗算區(qū)長度取3.6m,4排16根錨桿,錨桿錨固部分下部的軟弱巖石重量為:

        式中:

        K-驗算區(qū)長度,取3.6m;

        D-巷道跨度,取3.6m;

        H-軟弱巖層厚度(H=L-L1-L2),m;

        L1-錨桿錨固深度,取0.95m;

        L2-錨桿外露長度,取0.1m;

        L-錨桿長度,取2.4m;

        V-懸吊巖層比重,取2.6t/m3。

        Q1=K·H·D·V=45.489t

        Q>45.489t

        (5)錨桿錨固形式

        ① 頂錨桿采用快速樹脂藥與中速樹脂藥配合進行錨固。上藥順序為:先上一卷K-2335樹脂藥,再上一卷Z-2360樹脂藥。

        ② 頂錨桿錨固長度:

        式中:

        L-錨固長度,mm;

        L1-樹脂藥長度,350+600=950mm,取950mm;

        R-鉆孔半徑,取14mm;

        R1-樹脂藥半徑,11.5mm;

        R2-錨桿半徑,11mm。

        ③ 三徑合理匹配值:規(guī)范規(guī)定樹脂錨固劑直徑比鉆孔直徑小4~8mm為宜。鉆孔直徑應比錨桿桿體直徑大6~10mm。錨桿桿體直徑取22mm,鉆孔直徑取28mm,樹脂藥直徑取23mm均較為合理。故使用Ф22×2400mm的螺紋鋼錨桿,間距為0.9m,排距為0.9m的支護方式能滿足支護要求。

        2.2 錨索參數設計

        考慮到15-2#層地質條件復雜,本巷掘進過程中圍巖裂隙較發(fā)育,弱面較多,為提高頂板支護可靠程度,利用錨索深懸吊原理對頂板進行加強支護。

        (1)錨索長度的確定

        為了加強錨固體的強度,減少煤巖頂板冒落,采用預應力錨索作加強支護,采用低松弛、高強度鋼絞線,該鋼絞線的最低破斷載荷230kN,應用懸吊理論進行參數計算:

        L-錨索長度,m;

        L1-錨索外露長度,取0.25m;

        L2-巷道頂板潛在破壞范圍,取2.5m;

        L3-錨索伸入穩(wěn)定巖層長度,按經驗選取1.5m。

        計算得:L=4.25m。

        結合施工巷道頂板巖性及煤層厚度,確定錨索長度為4.5m,Φ17.8mm。要求錨索在煤層頂板中的錨固長度不小于1.5m。如果錨索在穩(wěn)定巖層中的錨固長度小于1.5m時,應根據實際情況增加錨索長度。

        (2)錨索排數及錨固力設計的確定

        錨索根據《2015-15-2#-05》設計確定為兩排,排、間距為2700×1800mm,在施工過程中錨索預緊力應達到120kN。通過上述關于錨桿、錨索的支護論證可知,15-2#層北部盤區(qū)8103高抽巷選用Ф22×2400mm的螺紋鋼錨桿和Ф17.8×4500mm的錨索聯(lián)合支護可有效支護頂板。支護設計方案如圖2所示。

        3 支護方式選擇

        3.1 永久支護

        頂板采用錨桿錨索聯(lián)合支護的形式作為永久支護。按上述計算選型,可以控制最大冒落范圍內頂板垮落。同時在巷道兩肩角處按排距1.8m,水平夾角75°施工角錨桿,頂錨桿排、間距為900mm×900mm,錨索排、間距為2700mm×1800mm。當巷道寬度超過設計寬度40cm時,在頂板超寬處補打錨桿,按排距為0.9m布置,如施工巷道頂板破碎、有壓力或遇特殊地質構造時,應縮小錨桿及錨索的排、間距,并制定專項措施。

        采用機掘作業(yè)時,永久支護緊跟工作面,每次割刀前,錨桿支護與工作面距離不得大于0.9m(最小控頂距);每次割刀后,最大控頂距不得大于最小控頂距加一個截割進度0.8m(最大控頂距為1.7m),且這段距離必須使用臨時支護。

        圖2 巷道支護方案

        3.2 臨時支護

        (1)放炮使用絲杠前探支護。前探梁采用12#槽鋼,工作面用4根,并備用1根,每根長為4m。吊塊用10mm厚鋼板加工而成。吊塊按尺寸共設計三組孔,孔徑為Ф20mm,共用12塊。銷子用高強度的鋼材加工而成,一端加工成堵頭,另一端加工孔徑為Ф6mm的孔,用來安裝小銷子。小銷子加工成Ф5mm,一端加工成堵頭,并在堵頭上面焊一個小環(huán)與吊塊用細軟絲固定,以防滑落。橫梁選用10#槽鋼,設計長度為3.2m,用4根。將30×30角鋼焊接在10#槽鋼上,作為前探梁的限位擋片。在前探梁后部槽內焊一個鉤環(huán),備用4根鐵鏈,用于在上下坡時固定前探梁。

        (2)掘進機施工時臨時支護采用機載前探支護。掘進機完成截割裝煤作業(yè)后,將截割頭放下,按下列程序工作:先檢查支護系統(tǒng)各部位零部件管路是否正常,再打開通向臨時支護系統(tǒng)油路的操作閥,關閉另一個油路。把永久支護用的鋼帶和頂網放在頂梁架上用磁鐵吸好,向前推動支護主架和頂梁架的液壓控制手柄,這時主架和頂梁架由折合狀態(tài)慢慢平穩(wěn)打開,支護系統(tǒng)在打開時,副司機應注意觀察支護系統(tǒng)各關節(jié)管路是否有不正常現象,鋼帶、頂網是否有掛卡現象。開到所需要的角度和位置再升主架,升到巷道頂板后把鋼帶和頂網壓緊,打眼工就可以在機載超前支護下安全的打眼、安裝錨桿。待錨桿支護、網片連接好完成后,先把主架下降到最底位置,再折合主架和頂梁架,合到頂梁架完全放在掘進機上為止,關閉操作閥后再進行下一項工作。

        3.3 巷道護幫

        巷道掘進時為防止煤壁片幫,采用掛護幫網支護方式,采用Ф22mm×2400mm螺紋鋼錨桿配套短節(jié)鋼帶固定塑鋼網,排、間距為900×800mm齊排布置,每排3根,最上一根距頂板0.3m,水平角為10°,最下一根距底板0.7m,齊排布置。網采用長邊順巷方向布置,網與網短邊搭接≥100mm并用14#鉛絲雙扣扭結牢固,并將網片與煤幫貼緊,每根錨桿上一卷K2335和Z-2360樹脂藥,護幫要求兩幫完整情況下滯后工作面≤5m。

        4 結語

        通過對8103工作面高抽巷道錨桿支護、錨索支護等進行了參數計算和選型,確定了永久支護、臨時支護和巷道護幫的作業(yè)方式?,F場實踐表明,巷道支護效果良好,保障了瓦斯抽采等工作的需要。

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