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        復雜地質(zhì)條件下的掘進支護技術及應用

        2019-09-28 07:57:08
        山東煤炭科技 2019年9期
        關鍵詞:掘進機型鋼斷層

        王 強

        (山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司常村煤礦,山西 長治 046000)

        煤炭是重要的經(jīng)濟能源,對于推動我國社會經(jīng)濟的發(fā)展起到了至關重要的作用,隨著常年累積開采,淺部及地質(zhì)條件簡單區(qū)域的煤炭資源基本被開采殆盡,為了提高煤炭產(chǎn)量,開采復雜地質(zhì)條件下煤炭資源是必然的趨勢。復雜地質(zhì)條件不僅增加了開采難度,而且給煤礦掘進作業(yè)帶來一定的安全隱患。因此,提高效率、保證安全是掘進階段面臨的技術難題。本文基于常村礦復雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進支護技術分析,為礦井的實際掘進生產(chǎn)提供依據(jù)。

        1 工程背景

        常村礦所采3#煤層位于山西組的中、下部,煤層賦存穩(wěn)定,煤層均厚5.85m,煤層傾角0~7°,煤體容重1.4t/m3,埋藏深度為453.2~517.7m之間。

        隨著礦井采深增加,地應力對礦井圍巖影響較淺部更加明顯,給掘進作業(yè)造成困難。在復雜地質(zhì)條件地區(qū)作業(yè),受采動應力影響,巷道圍巖很容易發(fā)生破碎變形,進而造成作業(yè)空間收縮,增加巷道作業(yè)安全風險。同時部分區(qū)域存在斷層等結構,在掘進應力的作用下,斷層附近圍巖裂隙更加發(fā)育,導致頂板壓力增大,造成巷道維修頻率增加。

        在常村礦西南區(qū)域廣泛分布陷落柱和斷層,而且部分斷層落差較大,當下礦井該區(qū)域正進行S3-13工作面的布置。在掘進作業(yè)過程中,多次遇到斷層和陷落柱等多種地質(zhì)構造,其中斷層影響較大,最大落差3.2m,且掘進過程中工作面頂?shù)装逵捕容^低,尤其在斷層附近區(qū)域,極易發(fā)生變形破壞,對掘進工作十分不利,降低了正常掘進效率。原巷道初設支護方式在不同地質(zhì)條件下,支護參數(shù)基本相同,導致掘巷期間巷道變形無法有效控制,因此在復雜地質(zhì)條件下進行掘進支護研究十分必要。

        2 復雜地質(zhì)條件下的掘進支護技術

        S3-13回風巷掘進設計長度500m,采用綜掘機進行巷道掘進。

        2.1 直接破頂支護方式

        當圍巖普氏系數(shù)大于5,斷層落差不小于2m時,掘進機可以直接對斷層頂部進行破斷,去除破碎區(qū)域,然后再進行錨網(wǎng)索的支護,可進一步提高巷道的自承載能力。

        S3-13回風巷掘進工作面煤巖體普氏系數(shù)平均為3.8,多次遇到斷層,其中落差最大2.8m,最小0.4m,平均約為1.2m。

        針對落差較小斷層區(qū)域,掘進機直接破巖通過,正常支護;而斷層落差較大區(qū)域,針對前述分析,除巷道破頂之外,由于煤巖體較軟,自承載能力有限,除以上破碎區(qū)域采用的錨網(wǎng)索支護外,還需要進行加強支護。主要形式為“螺紋鋼錨桿+錨索+鋼筋骨架網(wǎng)+槽鋼/U型鋼錨索梁+W鋼帶”,其中頂板錨桿Φ18×2100mm,錨索Φ17.8×6500mm,鋼筋骨架網(wǎng)1000×2000mm,槽鋼120×60×2400mm,W鋼帶3×230×4000mm,U型鋼120×60×2400mm,均采用“三八式”布置。其中回風巷道支護斷面具體如圖1所示。

        圖1 直接破頂巷道支護

        2.2 后退臥底支護方式

        在巷道掘進中,會遇到部分斷層發(fā)育區(qū)域出現(xiàn)斷層下移的情況,當斷層落差在2.5m以內(nèi),且巷道頂板完整性較好時,可利用錨網(wǎng)索進行巷道圍巖的加強支護,提高巷道圍巖強度。如圖2所示。

        此時,掘進機應滯后支護位置約16m,以保障支護作業(yè)的安全正常進行。另外,當掘進機作業(yè)面坡度小于實際土坡坡度時,掘進機借助不大于10°的載坡進行后退臥底作業(yè),進而確保巷道高度達到設計標準。如圖3所示。

        2.3 U型鋼臨時性支護方式

        在斷層落差過大時,由于斷層區(qū)域圍巖受到多次摩擦擠壓,巖性破碎,掘進通過時需要進行臨時性支護。臨時性支護應采用U型鋼協(xié)同錨桿對頂板圍巖進行支護,提高圍巖錨桿區(qū)的整體性。需要注意的是,除了進行臨時支護外,還需要結合錨桿索等其他措施對圍巖進行深層加固,具體如圖4所示。其中U型鋼采用型號U36,間距650m,梁腿搭接長度500mm,頂梁搭接1000mm,頂部4套、幫部各3套卡纜;相鄰支架之間頂部2套、幫部各2套拉板;頂幫錨桿為Φ18 mm×2400mm、間排距800mm×600mm左旋螺紋鋼錨桿。

        圖2 后退臥底方式巷道支護

        圖3 后退臥底方式過斷層

        3 結語

        基于掘進工作面的實際地質(zhì)條件,區(qū)分不同情況,采用直接破頂支護方式、后退臥底支護方式和U型鋼臨時支護方式支護頂板。通過上述掘進支護技術的應用,在巷道掘進初始階段,巷道圍巖變形比較強烈,以頂板變形最為突出,尤其是U型鋼臨時支護方式中,在0~10d內(nèi),巷道變形占據(jù)巷道總變形的1/2左右,往后一個月內(nèi),變形趨于穩(wěn)定,其中頂?shù)装鍑鷰r變形平均維持在113.82mm,兩幫變形量平均為75.12mm,較礦井原始支護技術分別減小了38.13mm和21.74mm,效果較為明顯。

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