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        “三大一高”復(fù)合頂板煤巷中空高強錨注錨索支護技術(shù)的應(yīng)用

        2019-12-27 06:10:20陳建勛王海濤
        山東煤炭科技 2019年12期
        關(guān)鍵詞:機巷離層高強

        陳建勛 王海濤

        (河南平寶煤業(yè)有限公司,河南 許昌 461700)

        平寶公司己15-17-12100機巷地面標高+118.8~+136.7m,井下標高 -744.6~ -722.6m。直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚度為2.8~6.0m。煤巷原設(shè)計斷面為凈寬×凈高=4600×3000mm。隨著掘進長度的增加和時間的推移,巷道開始出現(xiàn)頂板下沉、兩幫收縮、斷錨桿和斷錨索等現(xiàn)象。因采煤工藝(一次采全高)和技術(shù)裝備(大型端頭支架、單軌吊運輸)的提升,原施工寬度和高度已無法滿足回采期間的要求,施工斷面需變更為5200×4000mm。更改斷面后,若仍采取原支護方案,巷道出現(xiàn)的頂板下沉、兩幫收縮、斷錨桿和斷錨索等現(xiàn)象將更加明顯,更加嚴重,原有的支護方法很難獲得預(yù)期的支護效果,勢必導(dǎo)致巷道圍巖破壞、失穩(wěn),巷道斷面收縮嚴重,無法正常使用,不得不反復(fù)進行維修,嚴重影響采面回采。本文主要是在高強錨桿+鋼帶+高強錨索聯(lián)合支護技術(shù)的基礎(chǔ)上增加錨注技術(shù),通過巷道高強錨注試驗,重點分析對比使用錨注支護前后巷道頂板下沉量、兩幫收縮量和斷錨桿數(shù)量等方面的差異,進而研究解決大埋深、大跨度、大斷面和高應(yīng)力條件下巷道煤巷頂板支護技術(shù)難題。

        1 原支護技術(shù)分析

        己15-17-12100機巷原支護采用高強錨桿(600MPa,Φ22×2600mm高強讓壓錨桿)+鋼帶+高強錨索(1860MPa,Φ22×8000mm)聯(lián)合支護,排距為800mm,錨桿使用2卷2850型樹脂藥卷,錨索使用3卷2850型樹脂藥卷。技術(shù)人員利用鉆孔測井分析技術(shù)對頂板鉆孔進行了攝像、錄像觀測,鉆孔深度約為8m。從觀察結(jié)果來看,己15-17-12100機巷煤層頂板0.3~0.45m、3.0~4.1m范圍內(nèi)易出現(xiàn)離層現(xiàn)象。己15-17-12100機巷原支護錨桿錨固長度為1450m,錨索錨固長度為2177mm,雖然屬于主動支護,但錨桿未錨固段和錨索未錨固段仍處于離層、破碎范圍內(nèi),這勢必會影響錨桿、錨索的支護效果,導(dǎo)致其整體隨巖體整體下沉,未錨固段受高水平應(yīng)力而斷裂。

        2 注漿加固設(shè)計方案

        依據(jù)原支護技術(shù)分析結(jié)果,己15-17-12100機巷施工跨度增加后,在原有支護強度的基礎(chǔ)上引入中空高強錨注錨索支護,即把普通高強錨索改為中空高強錨注錨索。通過注漿實現(xiàn)錨索的全長錨固,提高錨固強度和錨固可靠性;通過注漿利用漿液封堵圍巖裂隙,將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體,提高圍巖的承載能力,改善巷道支護效果。

        2.1 中空注漿錨索施工參數(shù)

        錨索采用螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲制造的中空錨注錨索,型號為SKZ22-1/1860。錨固性能方面,注漿錨索頂端出漿孔距錨索頂端距離為1450mm,對比1卷MSK2850樹脂錨固劑與2卷MSK2850樹脂錨固劑,在錨固長度、錨固質(zhì)量上2卷2850樹脂錨固劑稍優(yōu)于1卷2850,又不影響注漿效果,因此Φ22mm中空注漿錨桿采用2卷2850樹脂錨固劑。

        2.2 注漿工藝及注漿參數(shù)

        己15-17-12100機巷為新掘巷道,圍巖相對較為完整,存在裂隙離層發(fā)育不充分的現(xiàn)象。從水灰比的最佳配比、注漿壓力、擴散范圍等方面,擬定了五套注漿參數(shù)試驗方案,試驗設(shè)備、材料等見表1。

        表1 不同漿液配比試驗方案及記錄表

        (1)水泥漿液配比

        根據(jù)注漿參數(shù),現(xiàn)場進行注漿試驗。隨著水泥漿液流動性的增大,注漿錨索漿液擴散范圍增大,但煤巷頂板裂隙多(頂錨桿施工后有裂隙),注漿壓力降低,注漿量減少。綜合考慮,采用注漿液水灰比為 1:1.8~1:2。

        (2)注漿壓力

        注漿壓力過小將會導(dǎo)致漿液難以在圍巖裂隙和節(jié)理中擴散和密實,達不到預(yù)期支護效果。由于己15-17-12100機巷圍巖裂隙發(fā)育程度低,且采用水泥單液注漿材料,灰水比高,流動性低,為保證水泥漿液的擴散效果,注漿壓力選取8MPa。

        (3)注漿時機

        注漿必須選擇合適的時機,即不能太早又不能太晚。過早注漿,巷道圍巖松動圈過小,深部裂隙沒有得到擴展,注漿只對巷道近表破碎的圍巖進行加固,補強加固的效果不明顯;如果注漿時間過晚,圍巖變形破壞過大,甚至出現(xiàn)巷道失穩(wěn)的情況,這時不僅注漿量少,而且跑漿、漏漿嚴重,很難保證施工質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)場注漿觀測,結(jié)合巷道圍巖表面位移監(jiān)測結(jié)果,綜合分析,注漿應(yīng)在注漿錨索施工后15d,滯后工作面迎頭距離80m左右。

        3 注漿加固效果觀測與分析

        3.1 圍巖表面位移觀測

        己15-17-12100機巷每隔50m設(shè)觀測點,進行巷道表面位移量監(jiān)測。巷道表面位移量監(jiān)測采用十字布點法安設(shè)測點,通過圖1和圖2對比錨注前后巷道表面位移變化量。

        圖1 機巷240排未錨注段前60d巷道表面位移變化曲線

        圖2 機巷1111排錨注段前60d巷道表面位移變化曲線

        從巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果看,巷道監(jiān)測位置變形量隨時間不斷增加。通過對比可以看出,未錨注段前60d頂板下沉量在68mm左右,兩幫收縮量在85mm左右,且巷道未穩(wěn)定,仍在繼續(xù)破壞;錨注段前60d頂板下沉量在5mm左右,兩幫收縮量在40~55mm左右,且巷道趨于穩(wěn)定。

        3.2 頂板離層監(jiān)測分析

        己15-17-12100機巷每隔50m設(shè)觀測點進行巷道頂板離層監(jiān)測。頂板離層監(jiān)測深基點固定在錨索錨固端位置,深度約為7.8m,淺基點固定在錨桿錨固端位置,深度約為2.5m。通過圖3和圖4對比錨注前后巷道頂板離層變化量。

        圖3 機巷541排未錨注段前70d巷道頂板離層變化曲線

        圖4 機巷988排錨注段前70d巷道頂板離層變化曲線

        由圖可以看出,未錨注段前70d頂板離層量隨時間推移呈增大趨勢,第541排深部離層量最大達到140mm,淺部離層量最大達到34mm;錨注段前70d頂板離層量隨時間推移變化量不大,整體趨于穩(wěn)定,第988排深部離層量才變化4mm,淺部離層量無變化。對比發(fā)現(xiàn),注漿后支護效果明顯好轉(zhuǎn)。

        3.3 錨注前后支護效果分析

        己15-17-12100機巷前552m斷面為凈寬×凈高=4600×3000mm,使用普通錨索后930m斷面為凈寬×凈高=5200×4000mm。施工跨度由4600m更改為5200m后,增加了注漿工藝,雖然施工跨度增長了,但錨桿數(shù)量非但沒有增多,通過錨索注漿填充了圍巖裂隙,使錨桿與原巖形成一個整體,使巷道保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞,減少了水平應(yīng)力對錨桿的剪切破壞,避免錨桿因動壓影響而被剪斷。錨注支護取得了很好的支護效果。

        4 應(yīng)用效果

        中空高強錨注錨索支護技術(shù)在己15-17-12100機巷得到了成功的應(yīng)用,減少了頂部下沉量和兩幫收縮量。增大斷面后,行人通道更加寬敞,降低了進風(fēng)巷風(fēng)速,緩解了采面接替的緊張局面,創(chuàng)造了適宜的井下作業(yè)環(huán)境,保障了礦井生產(chǎn)的順利進行和職工的人身安全,有效地解決了大埋深、大跨度、大斷面和高應(yīng)力煤巷頂板變形破壞的難題,為河南平寶煤業(yè)有限公司安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)提供了條件。

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