冀中能源股份有限公司東龐礦 河北 邢臺(tái) 054000

0 引言

東龐礦21219工作面開(kāi)采2#煤層,面長(zhǎng)220m,平均回采長(zhǎng)度1120m。工作面內(nèi)煤層沉積較穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,煤層總平均厚度4.9m,平均傾角5°。工作面直接頂為深灰色粉砂巖,平均厚度1.9m;老頂為淺灰色細(xì)砂巖,平均厚度9.67m。

工作面皮帶巷為沿空巷道,巷道斷面:寬×高=4.5×4.0m,巷道支護(hù)技術(shù)參數(shù)為:每排6根頂錨桿,頂錨桿間排距為800×800mm,頂錨索間排距2×2.4m,順巷距巷中1.0m各布置一道,邁步式連鎖。工作面軌道巷為實(shí)體煤巷道,巷道斷面:寬×高=5.5×4.0m。巷道支護(hù)技術(shù)參數(shù)為:巷道頂板每排8根頂錨桿,頂錨桿間排距750×800mm,頂錨索為三道點(diǎn)錨索,間排距1.2×2.4m,巷中一道,距巷中1.2m各布置一道。

目前采煤工作面軌道、皮帶巷常用的超前支護(hù)有:單體鉸接頂梁、自移式液壓支架、架棚式等加強(qiáng)支護(hù)方式。

結(jié)合工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件及超前支護(hù)方式的適用性,21219工作面軌道巷、皮帶巷采用加密頂板錨索的方式進(jìn)行超前支護(hù)作業(yè)。

1 頂板加密錨索超前支護(hù)方式及支護(hù)驗(yàn)算

1.1 加密頂板錨索超前支護(hù)具體方式 皮帶巷:沿巷中施工一排槽鋼錨索加強(qiáng)支護(hù),間距為2.4m。軌道巷:超前采線不少于50m在原巷道每?jī)膳胖ёo(hù)點(diǎn)錨索之間施工一道錨索槽鋼,錨索距巷中1.2m,槽鋼垂巷布置,槽鋼排距為2.4m。

1.2 巷道原支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算 參考《煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》,軌道巷、皮帶巷支護(hù)參數(shù)計(jì)算如下:

1.2.1 選用的頂錨桿技術(shù)參數(shù)如下 頂錨桿技術(shù)參數(shù):公稱直徑22mm,桿體長(zhǎng)度2400mm,螺紋承載力127k N,破斷力185k N,屈服力127k N,延伸率15%。

1.2.2 皮帶巷按自然平衡拱原理計(jì)算,潛在冒落拱高度b值為:

式中:b—潛在冒落拱高度,m;

a—巷道跨度之半,取2.25m;

h—巷道高度,取4m;

φ—煤體內(nèi)摩擦角,按普氏堅(jiān)固性系數(shù)反算,取51°20'25″;

φ'd—頂板巖體似內(nèi)摩擦角,按普氏堅(jiān)固性系數(shù)反算,取71°33'54″

單位長(zhǎng)度內(nèi)頂板巖層重力為:G1=K×B×b×r×1

式中:G1——單位長(zhǎng)度內(nèi)頂板巖層重力,k N;

K——安全系數(shù),取值范圍2-3,取2.5;

B——單位長(zhǎng)度內(nèi)需支護(hù)的頂板寬度,4.5m;

b——垮落頂板厚度即潛在冒落拱高度,取1.22m;

r——自然視密度,24k N/m3;

即G1=K×B×b×r×1=2.5×4.5×1.22×24×1=329.4k N

皮帶巷每排布置頂錨桿6根,錨桿排距0.8m,則單位長(zhǎng)度內(nèi)巷道頂板布置頂錨桿的根數(shù)為:6÷0.8=7.5根

頂錨桿屈服載荷127k N,軌道巷錨網(wǎng)支護(hù)對(duì)頂板的有效支護(hù)作用力為:

127×7.5=952.5k N>329.4k N

結(jié)論:經(jīng)計(jì)算原巷道錨網(wǎng)支護(hù)對(duì)巷道頂板的作用力足以支撐冒落拱巖石重力。

1.2.3 軌道巷按自然平衡拱原理計(jì)算,潛在冒落拱高度b=1.384;

單位長(zhǎng)度內(nèi)頂板巖層重力為:G1=456.72kN

軌道巷每排布置頂錨桿8根,錨桿排距0.8m,則單位長(zhǎng)度內(nèi)巷道頂板布置頂錨桿的根數(shù)為:8÷0.8=10根

頂錨桿屈服載荷127k N,軌道巷錨網(wǎng)支護(hù)對(duì)頂板的有效支護(hù)作用力為:

127×10=1270k N>456.72k N

結(jié)論:經(jīng)計(jì)算原巷道錨網(wǎng)支護(hù)對(duì)巷道頂板的作用力足以支撐冒落拱巖石重力。

1.3 加密頂板錨索超前支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算 按原巷道錨桿不參與承載,自然冒落拱范圍內(nèi)巖石全部冒落,冒落巖石的重力全部由錨索支撐。支護(hù)錨索規(guī)格Φ17.8mm×8.5m,錨索詳細(xì)參數(shù)如下:

頂錨索參數(shù):直徑17.5mm,強(qiáng)度級(jí)別1860MPa,公稱截面積197.9 mm2,質(zhì)量1659kg/km,破斷力353kN,屈服力318kN,延伸率3.5%。

1.3.1 皮帶巷加密錨索計(jì)算 根據(jù)前述計(jì)算可知,皮帶巷冒落拱高度為1.22m,則加密錨索間距計(jì)算:

自然平衡拱平衡方程:D×γ×a×b=n×N式中:D—錨索排距,m

γ—頂板巖石平均容重,2.4t/m3

a—巷道頂板有效跨距,4.5m

b—自然平衡拱高度,1.22m

n—每排錨索數(shù)量,3根

N—錨索設(shè)計(jì)錨固力,取錨索屈服強(qiáng)度31.8t

錨索排距:D=n×N/(γ×a×b)=7.2m

巷道寬度4.5m,設(shè)計(jì)錨索孔至巷幫1.25m,則每排錨索間距S=1m。符合規(guī)范規(guī)定L/S≥2的要求。注:L為錨索長(zhǎng)度,8.5m。

實(shí)際施工時(shí)沿巷中新施工一排槽鋼錨索加強(qiáng)支護(hù),間距2.4m。

1.3.2 軌道巷支護(hù)錨索密度計(jì)算 根據(jù)前述計(jì)算可知,軌道巷冒落拱高度為1.384m,則計(jì)算的支護(hù)的錨索間距為3.4m。

巷道寬度5.5m,設(shè)計(jì)錨索孔至巷幫1.55m,則每排錨索間距S=2.4m。符合規(guī)范規(guī)定L/S≥2的要求。

實(shí)際施工時(shí)距巷中1.2m處施工兩排錨索加強(qiáng)支護(hù),用垂巷槽鋼進(jìn)行聯(lián)鎖,間排距2.4m×2.4m。

2 超前支護(hù)范圍變形觀測(cè)

2.1 測(cè)站布置 兩巷自煤壁向外100m范圍內(nèi)間隔10m均勻布置10個(gè)礦壓觀測(cè)站(采用收斂觀測(cè)法,十字布線),觀測(cè)巷道頂板下沉量、兩幫移近量及底板鼓起量。根據(jù)工作面推進(jìn),測(cè)站依次向外循環(huán)布置。

2.2 觀測(cè)方式 巷道變形觀測(cè)站距工作面100m范圍內(nèi)每3天觀測(cè)一次,100m之外以巷道頂板離層儀變化作為觀測(cè)數(shù)據(jù),每周1次。發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,采取整改措施并落實(shí)。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)觀測(cè),軌道巷:頂板最大下沉量40mm,底鼓最大值300mm,沿空側(cè)巷幫最大變形量300mm,回采幫最大變形量200mm。

皮帶巷:頂板最大下沉量30mm,底鼓最大值270mm,回采幫最大變形量290mm,實(shí)體煤側(cè)巷幫最大變形量190mm。

(2)針對(duì)21219工作面,頂板加密錨索支護(hù)形式有效控制了兩巷超前支護(hù)段巷道變形,起到超前支護(hù)的作用。