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        巷道支護(hù)技術(shù)在王坪煤礦的應(yīng)用

        2019-09-07 01:29:04劉超元
        陜西煤炭 2019年5期
        關(guān)鍵詞:外帶金屬網(wǎng)桿體

        劉超元

        (大同煤礦集團(tuán)朔州朔煤王坪煤電有限責(zé)任公司,山西 朔州 038300)

        0 引言

        目前被認(rèn)可的巷道支護(hù)理論主要包括:懸吊理論、組合拱理論、組合梁理論、松動圈支護(hù)理論等。通過前期多學(xué)科交叉綜合的研究手段,采用現(xiàn)場調(diào)查及物探、力學(xué)試驗和理論歸納分析相結(jié)合的方法,針對王坪煤礦現(xiàn)場情況和已測得的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行合理利用。以巷道圍巖控制效果好、工人工作環(huán)境可靠和經(jīng)濟(jì)低能耗為出發(fā)點(diǎn)選用組合拱理論和巷道圍巖松動圈理論聯(lián)合分析王坪煤礦巷道支護(hù)情況并進(jìn)行合理設(shè)計[1-3]。最終確定支護(hù)方案為頂板采用螺紋鋼等強(qiáng)樹脂錨桿、錨索、金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù),兩幫采用螺紋鋼、金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。王坪煤礦某煤層平均煤厚為7.5 m。煤質(zhì)疏松,煤層上下覆巖多為泥巖,煤層適合開采。該礦煤層覆巖情況見表1。該礦某巷道斷面形狀及尺寸設(shè)計見表2。

        表1 煤層覆巖情況

        表2 巷道斷面形狀及尺寸設(shè)計

        1 錨桿錨索參數(shù)的確定

        1.1 錨桿參數(shù)確定

        頂錨桿長度:錨桿長度按公式(1)

        L≥L1+L2+L3

        (1)

        式中:L1—錨桿的有效長度,m;L2—錨固外露長度,取0.08 m;L3—錨桿端部錨固長度,取0.87 m。

        (2)

        式中:B—巷道凈寬度,3.7 m;K—安全系數(shù),取4;γ—圍巖容重,為24.5 kN/m3;h—直接頂厚度,取1.0 m;σt—巖層抗拉強(qiáng)度,取1.8 MPa;σx—巖層原始水平應(yīng)力,取4.5 MPa;ζ—與巖層層數(shù)有關(guān)系數(shù),取0.7。經(jīng)計算得:L1=1.06 m;則L≥2.01 m。

        幫錨桿參數(shù)計算:幫部煤體非有效承載區(qū)寬度參照式(3)、(4)

        (3)

        式中:f—煤體普氏系數(shù),取2;B—巷道寬度,取3.7 m。故有式(4)

        l=l1+l2+l3

        (4)

        式中:l1—幫部煤體非有效承載區(qū)寬度,m;l2—幫錨桿錨穩(wěn)定煤體中長度,取0.45 m;l3—幫錨桿外露部分長度,取0.08 m。經(jīng)計算得:l1≥1.17;則l≥1.70 m。

        錨桿間距:按組合梁理論計算錨桿間距,參照式(5)

        (5)

        錨桿直徑:錨桿直徑按公式(6)

        (6)

        式中:Q—錨桿錨固力,取85 kN;σt—桿體抗拉強(qiáng)度,設(shè)計為4×105Pa。經(jīng)計算得,d≥16.47 mm。

        理論計算的支護(hù)參數(shù):錨桿長度≥2.01 m;錨桿直徑≥16.47 mm;錨桿間距≤1.31 m。煤幫錨桿的支護(hù)參數(shù):幫錨桿長度≥1.70 m;錨桿直徑≥16.47 mm;錨桿間距≤1.31 m。

        1.2 錨索參數(shù)計算

        為了加強(qiáng)錨固體的強(qiáng)度,采用預(yù)應(yīng)力錨索做加強(qiáng)支護(hù),選用φ=17.8 mm且最低破斷載荷為345 kN的低松弛、高強(qiáng)度鋼絞線,并對錨索參數(shù)進(jìn)行如下計算[4]。

        錨索錨固長度:錨索錨固長度La應(yīng)符合式(7)

        (7)

        式中:K—安全系數(shù),取K=4;d1—錨索鋼絞線直徑,取17.8 mm;fs—鋼絞線抗拉強(qiáng)度,取1 850 MPa;fc—錨索與錨固劑的粘合強(qiáng)度,取10 MPa。則La≥3.29 m。

        錨索長度:錨索長度按公式(8)

        L≥La+Lb+Lc+Ld

        (8)

        式中:L—錨索總長度,m;La—錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度,m;Lb—需要懸吊的不穩(wěn)定的巖層厚度,取≥0.5 m;Lc—安裝、金屬網(wǎng)、托盤及錨具的厚度,取0.06 m;Ld—需要外露的漲拉長度,取0.15 m。經(jīng)計算得,L≥4.0 m。故錨索長度≥4.0 m,且錨索按垂直巷道頂板布置。

        2 支護(hù)形式的實際應(yīng)用

        經(jīng)過系統(tǒng)的理論計算,結(jié)合王坪煤礦的自身情況與多年支護(hù)經(jīng)驗確定錨桿支護(hù)間排距為1 000 mm×1 000 mm;外帶鐵托板規(guī)格為250 mm×250 mm×10 mm;金屬網(wǎng)規(guī)格為5 400 mm×1 200 mm。故確定的最終巷道支護(hù)平斷面如圖1所示。

        圖1 巷道支護(hù)平斷面圖

        盤區(qū)探巷運(yùn)料聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)、盤區(qū)探巷回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)、盤區(qū)探巷沿煤層頂板掘進(jìn)時,則采用長度為2 500 mm的錨桿(外帶鐵托板)和長度為4 200 mm的錨索(外帶鐵托板)結(jié)合金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),錨索支護(hù)呈三花布置。巷道兩幫在距頂板高度為500 mm處各打3排長度為2 000 mm的螺紋鋼錨桿(外帶鐵托板)并于長度為4 200 mm的錨索(外帶鐵托板)及金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),此時,金屬網(wǎng)應(yīng)壓在鐵托板下面,錨索支護(hù)呈三花布置。

        盤區(qū)探巷沿煤層底板掘進(jìn)時,頂板支護(hù)需長度2 500 mm的錨桿(外帶鐵托板)及規(guī)格3 500 mm×220 mm×3 mm的鋼帶;當(dāng)頂板煤層較破碎時應(yīng)適當(dāng)增加錨索長度,錨索支護(hù)呈五花布置。巷道兩幫在距頂板高度為500 mm處各打3排長度為2 000 mm的螺紋鋼錨桿(外帶鐵托板)并于適當(dāng)長度的錨索(外帶鐵托板)及金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),此時,金屬網(wǎng)應(yīng)壓在鐵托板下面。

        同時,礦壓觀測采用KGE30B型頂板離層儀、LSZ-200型錨桿拉力儀與MQ18-300/63型錨索拉力儀分別對頂板離層量、錨桿、錨索進(jìn)行檢測,且可對支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測[5-8]。其一,頂板離層量觀測時要求巷道中KGE30B型頂板離層儀每間隔100 m安置1個,且距工作面迎頭不得超過20 m。深部基點(diǎn)深度應(yīng)位于錨索錨固末端處,淺部基點(diǎn)深度應(yīng)位于錨桿錨固末端處,離層儀的初始讀數(shù)值應(yīng)為0 mm。其二,錨桿、錨索、錨固力檢測時要求巷道中每300根均分為100組進(jìn)行檢測,選用儀器為LSZ-200型錨桿拉力儀、MQ18-300/63型錨索拉力儀。檢測過程中要注意觀測記錄數(shù)據(jù)并歸納存檔。

        3 支護(hù)要求

        根據(jù)相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),針對王坪煤礦盤區(qū)探巷運(yùn)料聯(lián)絡(luò)巷、盤區(qū)探巷回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、盤區(qū)探巷的巷道中線到任一幫距離的最大允許誤差范圍為0~+100 mm;腰線至頂?shù)装寰嚯x的最大允許誤差范圍為0~+100 mm;無腰線測全高度最大允許誤差范圍為-50~+200 mm。

        3.1 錨桿要求

        該礦盤區(qū)采用長2 500 mm的φ18 mm錨桿對其頂?shù)装暹M(jìn)行支護(hù)。錨桿支護(hù)間排距為1 000 mm×1 000 mm,錨桿間、排距最大允許誤差為±100 mm。桿體為左旋無縱筋螺紋鋼加工而成,為了保證桿體尾部螺紋部分的破斷力不低于桿體破斷力的90%,故尾部螺紋采用滾絲工藝加工。錨桿外露螺母外允許范圍為10~30 mm。同時,鉆孔打設(shè)時要注意中間的錨桿鉆孔垂直頂板打設(shè),即中間錨桿布置方向應(yīng)盡量與巷道輪廓線或巖層主要層理面垂直,兩邊的錨桿與頂板夾角不小于75°,與頂板法線夾角不小于15°。托板安裝應(yīng)緊貼壁面,避免出現(xiàn)滑動、松動的情況發(fā)生,其與頂板接觸面積不小于60%。同時,螺母必須擰緊。如若出現(xiàn)不合格的錨桿必須及時對其進(jìn)行重支。錨桿的抗拔力設(shè)計值為85 kN,錨桿的預(yù)緊扭矩不得小于200 N·m。

        3.2 錨索要求

        該礦盤區(qū)采用長度為4 200 mm,φ=17.8 mm的錨索進(jìn)行配套使用。錨索間排距為2 000 mm×1 300 mm。中間錨索要垂直巷道圍巖打設(shè),兩側(cè)錨索與圍巖夾角不小于75°。錨索安裝鐵托板后,其外露長度應(yīng)在托板外150~250 mm范圍內(nèi),錨索預(yù)緊力范圍在80~96 kN間(即20.2~24 MPa間),錨固力不低于200 kN,錨索漲緊器型號為MQ-250/63。同時,保證幫錨桿距頂板高度為500 mm。

        3.3 鋪掛金屬網(wǎng)

        在鋪掛金屬網(wǎng)前,一定要認(rèn)真仔細(xì)的確定好巷道頂板穩(wěn)定情況,嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度,在保證不會出現(xiàn)問題的情況下進(jìn)行施工。要求金屬網(wǎng)鋪平、鋪展,緊貼頂幫。一般巷道的頂角幫網(wǎng)與頂網(wǎng)不得搭接,必須鋪設(shè)整體金屬網(wǎng)。根據(jù)實際情況如在施工過程中需要金屬網(wǎng)合理搭接時,應(yīng)特別注意網(wǎng)與網(wǎng)搭接是否牢固,兩者應(yīng)該孔孔相連,壓茬連接,綁扎牢固,壓茬長度為200 mm。同時,使用扭結(jié)2股的14#鐵絲交錯布置于間隔為200 mm的固定點(diǎn)上。為了保證金屬網(wǎng)綁扎牢固。扭結(jié)接頭采用雙絲雙扣雙排加固。綁死扭結(jié)不少于3圈。鋪設(shè)過程中為了避免錨網(wǎng)與巖面脫離,出現(xiàn)網(wǎng)兜的現(xiàn)象。故使用錨桿托板時必須將網(wǎng)壓緊、壓平,螺帽擰緊,嚴(yán)禁松動,錨網(wǎng)支護(hù)必須緊跟迎頭。支護(hù)時必須有專人在現(xiàn)場監(jiān)護(hù),嚴(yán)格按規(guī)定要求操作。

        3.4 錨桿錨索安裝

        打鉆孔:打鉆孔時使用MQT-130/3.2型手持氣動式風(fēng)鉆配備麻花鉆桿和雙翼煤鉆頭,錨桿機(jī)嚴(yán)禁干打眼,必須帶水作業(yè)。錨桿眼深度須與錨桿長度相匹配,眼深誤差控制在0~20 mm。且錨桿眼打設(shè)深度必須比使用的錨桿長度多出80 mm以上。打眼時須有專人監(jiān)護(hù),并保證臨時支護(hù)的穩(wěn)定和安全。

        裝藥卷:安裝藥卷前要對已鉆好的所有錨桿眼通過壓風(fēng)的方法進(jìn)行掃孔,保證清除孔內(nèi)的巖渣和積水。同時,裝藥前還需再次檢查錨桿孔的深度和角度是否符合要求、錨桿構(gòu)件是否齊全以及待裝藥卷是否硬化、過期或損壞等,并按設(shè)計要求將藥卷裝入孔內(nèi)。錨固劑的環(huán)形壁厚應(yīng)控制在4~10 mm。

        插入錨桿桿體:將錨桿桿體套上托板并帶上螺母后,通過連接套把桿尾與錨桿機(jī)頭進(jìn)行連接,而后將桿端插入已裝好藥卷的巖孔內(nèi),利用錨桿桿體推送孔口處的藥卷直至藥卷接觸到孔底為止,然后啟動錨桿機(jī)攪拌藥卷。

        安裝托盤及螺母:安裝托盤及螺母時嚴(yán)禁用錘擊或風(fēng)錘攪拌的方法安裝錨桿。過程中必須使用專用錨桿安裝機(jī)具,充分?jǐn)嚢杌旌襄^固劑。同時采用快速安裝工藝,使攪拌固劑、上托盤、擰緊螺母一次性完成。

        4 結(jié)論

        (1)巷道斷面變形量較小且兩幫無明顯偏移,頂板位移量與兩幫位移量均在200 mm以內(nèi)。

        (2)總體支護(hù)效果較好,并未出現(xiàn)漏頂竄矸現(xiàn)象,大大減小了安全隱患。

        (3)采用上述支護(hù)技術(shù)不僅減少了工人的勞動強(qiáng)度和工程量,更加快了巷道的掘進(jìn)速度,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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