劉威辰
(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司李雅莊煤礦,山西霍州 031400)
某煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力1500 萬t/a,主要可采煤層4層,煤賦存穩(wěn)定,資源基礎(chǔ)可靠。地質(zhì)構(gòu)造簡單,傾角一般小于3°,無大的斷裂及褶曲構(gòu)造,也無巖漿巖侵入。目前,礦井主要掘進(jìn)底車場大巷、大型設(shè)備換裝硐室和首采面順槽。巷道主要布置在3-1煤,并且沿煤層頂板掘進(jìn),煤層最大厚度6.4 m,黑色,條痕為黑褐-褐黑色,弱瀝青-瀝青光澤。由于煤層埋深約600 m,3-1煤含有一層厚度1 m 左右的“亮煤”,此層煤節(jié)理裂隙發(fā)育。巷道前期變形主要表現(xiàn)為拱肩或煤幫上部出現(xiàn)片幫,嚴(yán)重影響巷道成型。設(shè)備換裝硐室由于斷面較大,目前礦井處于二期建設(shè)過程中,存在運(yùn)輸系統(tǒng)、提升系統(tǒng)尚不完善,井下作業(yè)空間受限、機(jī)械設(shè)備選型等問題,不能全斷面施工大型設(shè)備換裝硐室此類大型斷面硐室。
為此,本文根據(jù)此礦具體條件,提出分層掘進(jìn)換裝硐室,采用錨桿、錨索、網(wǎng)、鋼帶耦合支護(hù),并對實(shí)施效果進(jìn)行了實(shí)測分析,取得了良好的效果。
井下大型設(shè)備換裝硐室設(shè)計長度為66.532 m,開口位于與副井井筒距離76 m處,開口方位為144°。巷道坡度-7.39‰。處于3-1煤層中,煤層底板為8.9 m厚淺灰色粉砂巖,泥質(zhì)膠結(jié),巖體較完整,弱含水。底板粉砂巖硬度不高,根據(jù)現(xiàn)已施工段地質(zhì)情況,巷道頂板及兩幫巖石不穩(wěn)定,有片幫現(xiàn)象,施工時需及時支護(hù)。井下大型設(shè)備換裝硐室斷面設(shè)計為直墻三心拱形,巷道坡度-7.39‰。硐室巷道施工長度40 m,掘?qū)? 100 mm,掘高12 133 mm,S 掘=126.1m2;凈寬8 800 mm,凈高11 683 mm,S凈=117.3 m2。巷道平面布置圖見圖1,剖面圖見圖2。
圖1 換裝硐室平面圖
圖2 換裝硐室剖面圖
由于該硐室斷面大,根據(jù)井下施工條件,采用臺階式分層掘進(jìn)施工方法,分4層掘進(jìn),首次掘進(jìn)自1-1斷面開口處,定制腰線,以10°上山施工至該巷道設(shè)計高度,然后分層掘進(jìn)(第1、2、3、6 層),依次進(jìn)行永久支護(hù),分層掘進(jìn)順序如井下大型設(shè)備換裝硐室分層掘進(jìn)剖面示意圖3 所示進(jìn)行。施工中依據(jù)中線,先全斷面掘進(jìn)巷道拱部;待掘進(jìn)至直墻后,先掘進(jìn)巷道左半部分,永久支護(hù)好后,在掘進(jìn)右半部分并進(jìn)行永久支護(hù)。施工過程采取短掘短支,永久支護(hù)緊跟迎頭。
圖3 換裝硐室分層掘進(jìn)剖面示意圖
待此段分層掘進(jìn)至第三部分時,往3 號交叉點(diǎn)施工掘進(jìn)2-2斷面,并與3號交叉點(diǎn)貫通,然后反向擴(kuò)刷1-1斷面剩余部分(第4、5層),直至施工到該巷道設(shè)計高度及寬度。
3.2.1 支護(hù)設(shè)計思路
針對本礦換裝硐室斷面大、圍巖穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。采取采用錨桿、錨索、鋼帶耦和支護(hù)。
3.2.2 支護(hù)設(shè)計方案及要求
放水巷規(guī)格為掘?qū)挕粮?9.1 m×12.133 m
(1)臨時支護(hù)
由于井下大型設(shè)備換裝硐室斷面大,需采用分層掘進(jìn)施工方法,施工過程中,采用錨網(wǎng)索進(jìn)行臨時支護(hù)。錨桿規(guī)格φ22×2 400 mm,間排距1 000 mm×1 000 mm,托盤規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm,每根錨桿采用2 支樹脂藥卷,一支MSK2350 型樹脂錨固劑,一支MSCK2350型樹脂錨固劑;錨索規(guī)格φ18.9×7 500 mm,間排距2 400 mm×2 400 mm,托盤規(guī)格300 mm×300 mm×14 mm,每根錨索采用一支MSK2350 型和兩支MSCK2350 型樹脂錨固劑;金屬網(wǎng)片采用φ6 mm 圓鋼焊接制作,規(guī)格2 100 mm×1 100 mm,網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm。臨時支護(hù)見圖4。
圖4 臨時支護(hù)示意圖
(2)永久支護(hù)
井下大型設(shè)備換裝硐室永久支護(hù)均采用錨網(wǎng)噴+錨索+鋼護(hù)板支護(hù)。
①錨桿規(guī)格:錨桿選用φ22×2 400 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋,配高強(qiáng)度螺母。每根錨桿孔底配一支MSCK2350 和一支MSK2350 樹脂錨固劑。拱部及幫部網(wǎng)片采用φ6 mm 盤圓金屬網(wǎng),網(wǎng)片規(guī)格2 100 mm×1 100 mm;采用拱型高強(qiáng)度托盤、調(diào)心球墊,托盤規(guī)格:150 mm×150 mm×10mm,配調(diào)心球墊和減阻尼龍墊圈。采用W型鋼護(hù)板,規(guī)格:450 mm×280 mm×4 mm。
錨桿布置:巷道頂部錨桿在巷中布置一根,然后向兩邊分布,1-1 斷面每排拱部11 根錨桿,每排每幫10根錨桿,間排距1 000 mm×1 000 mm;2-2、3-3 斷面錨桿間排距800 mm×800 mm;錨桿預(yù)緊力300 Nm,錨桿錨固力為80 kN。
②錨索規(guī)格:1-1 斷面錨索型號為SKP18-1/1860 φ18.9×8 300 mm,2-2、3-3 斷面頂部錨索型號均為SKP18-1/1860φ18.9×7 500 mm,錨固力≥200 kN;2-2斷面幫部錨索型號為SKP18-1/1860φ18.9×4 300 mm,預(yù)緊力均為200 kN。每根錨索配一支MSCK2350和兩支MSK2350 樹脂錨固劑。采用高強(qiáng)度拱形可調(diào)心托板規(guī)格為300 mm×300 mm×14 mm。
錨索布置:2-2、3-3 斷面拱部間排距2 400 mm×2 400 mm,拱部3 根錨索;2-2 斷面幫部錨索間排距1 000 mm×2 400 mm,每排每幫2 根錨索。1-1 斷面錨索間排距1 000 mm×1 000 mm,拱部每排12根錨索;每排每幫布置9根錨索;底板每排布置5根錨索,間排距為2 000 mm×2 000 mm,且制成鳥籠錨索。錨索預(yù)緊力不低于200 kN。永久支護(hù)設(shè)計見圖5。
圖5 永久支護(hù)設(shè)計圖
為了確定巷道的支護(hù)效果,研究支護(hù)參數(shù)的合理性,設(shè)置了相應(yīng)的測站。設(shè)備換裝硐室拱頂1個、硐室左右兩幫各1個。離層儀深部基點(diǎn)為8.0 m、淺部基點(diǎn)為2.4 m,分別監(jiān)測深部錨索支護(hù)范圍內(nèi)的變形和淺部錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的變形。通過現(xiàn)場觀測,間隔5d觀測一次數(shù)據(jù),并及時對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,歷時40d的觀測發(fā)現(xiàn),巷道施工后20d 左右頂?shù)装搴蛢蓭偷膰鷰r變形都趨于穩(wěn)定,具體位移量見表1、表2。硐室的支護(hù)有效的控制了圍巖和兩幫的變形,說明支護(hù)形式和參數(shù)是合理的,支護(hù)方案取得成功。
表1 頂板位移量
表2 幫部位移量
通過對大型設(shè)備換裝硐室掘進(jìn)工藝和支護(hù)技術(shù)研究,可以發(fā)現(xiàn)針對大斷面換裝硐室,充分利用現(xiàn)有設(shè)備,采用臺階式分層掘進(jìn)施工方法,分部分,分階段掘進(jìn),適時反刷頂板,保證施工安全和進(jìn)度同時達(dá)到設(shè)計巷道尺寸。利用錨桿、錨索、鋼帶耦和支護(hù)的綜合支護(hù)技術(shù),增加了巷道強(qiáng)度,達(dá)到了巷道穩(wěn)定的目的。
該種施工技術(shù)與支護(hù)設(shè)計的成功,可在同類條件的設(shè)備換裝硐室施工中推廣應(yīng)用。