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        錨桿配錨索交替支護(hù)技術(shù)在深部巷道支護(hù)中的應(yīng)用

        2020-03-03 16:07:54張紅武
        技術(shù)與市場 2020年7期
        關(guān)鍵詞:機(jī)巷離層礦壓

        張紅武

        (平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十一礦,河南 平頂山 467000)

        0 引言

        平頂山礦區(qū)是我國地質(zhì)條件最復(fù)雜的礦區(qū)之一,煤系地質(zhì)松軟是典型的軟巖礦區(qū)。平煤十一礦受煤層傾角大、埋深大、地質(zhì)條件復(fù)雜等地質(zhì)因素的影響,特別是己組煤層頂板為復(fù)合頂板,圍巖構(gòu)造應(yīng)力普遍大于其他礦井,巷道支護(hù)難度大,圍巖應(yīng)力集中,巷道變形收斂異常顯現(xiàn),長期以來雖采用多種支護(hù)形式,效果均不理想,巷道圍巖仍的不到有效控制,在短時間內(nèi)就要反復(fù)維修,成本極高,不能滿足生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)需求。十一礦己四下山采區(qū),作為十一礦近期階段煤炭的主要戰(zhàn)場,隨著現(xiàn)代綜采綜掘機(jī)械化水平提高,時間工期都在與掘進(jìn)和回采的生產(chǎn)效益賽跑。采用常規(guī)的支護(hù)技術(shù)已不滿足在高產(chǎn)高效狀態(tài)下支護(hù)環(huán)境巷道支護(hù)需求,一種簡便快捷易操作,安全高效質(zhì)量高的支護(hù)理念及方法就顯的極其重要。為此,平煤十一礦在己四采區(qū)礦壓變形規(guī)律和錨網(wǎng)支護(hù)機(jī)理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析研究,提出了實施高應(yīng)力深部煤礦礦井巷道高強(qiáng)錨桿配錨索多層次交替支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用,在實驗中取得了較好效果。

        1 工程概況

        1.1 地質(zhì)概述

        平煤十一礦己16-17-24080工作面,己16-17煤層傾角8°~15°,一般為12°,煤厚4.4~6.7 m;一般5.76 m,己16-17煤層直接頂為1.5~2.6 m厚的泥巖或細(xì)砂巖,局部夾1~3層的0.1~0.2 m厚的煤線,老頂為8~21.7 m厚的砂質(zhì)泥巖或砂巖,直接底為5~11 m厚的泥巖,老底為2~8 m厚的L2灰?guī)r。垂直埋深平均800 m左右,巷道圍巖應(yīng)力較高。煤層松軟,頂板整體承壓能力較差。

        1.2 巷道圍巖變形分析

        根據(jù)礦山壓力作用下出現(xiàn)的“斷裂-損傷-流變”變化規(guī)律配合已四己16-17-24080機(jī)巷巷道煤層地質(zhì)柱狀圖。巷道頂板有砂巖或砂質(zhì)泥巖,而且巷道頂板局部破碎,兩幫煤體松軟,頂板采用高強(qiáng)錨桿錨桿、4 m錨索、7.5 m錨索配剛性托梁聯(lián)合支護(hù),實現(xiàn)高強(qiáng)度對巷道頂板圍巖的整體加強(qiáng)錨固,同時由于受圍巖應(yīng)力影響,巷道兩幫承壓遞增,礦壓顯現(xiàn)異常強(qiáng)烈,再者底板底鼓,兩幫煤體脆弱易碎斷裂流變,容易形成圍巖松動圈,2.6 m錨桿支護(hù)強(qiáng)度受限,更易造成兩幫收斂變形,在巷道圍巖多重應(yīng)力及特殊環(huán)境的影響下,巷道圍巖變形量更是顯現(xiàn)突出。

        1.3 支護(hù)參數(shù)的確定

        1.3.1 支護(hù)機(jī)理

        高強(qiáng)度錨桿索支護(hù)能主動實現(xiàn)煤巖體物理力學(xué)性能力驅(qū)穩(wěn)固,縮小圍巖三向應(yīng)力差值和加固圍巖完整性,加強(qiáng)圍巖強(qiáng)度的支護(hù)優(yōu)點,結(jié)合巷道易壓裂特性,提出的“高應(yīng)力深部煤礦礦井巷道高強(qiáng)錨桿配錨索多層次交替支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用”設(shè)計方案,充分利用高強(qiáng)度錨桿支護(hù),配合7.5 m、4 m錨索加剛性托梁實現(xiàn)多層次加固錨固,有效的控制了頂板離層冒落及兩幫收斂變形。

        1.3.2 支護(hù)參數(shù)的確定

        1)己16-17-24080機(jī)巷原設(shè)計支護(hù)形式為錨網(wǎng)支護(hù),具體支護(hù)形式為:頂板采用φ22 mm×2 600 mm高強(qiáng)讓壓錨桿,配鋼帶梁支護(hù),頂板采用φ21.8 mm×7 500 mm及φ21.8 mm×4 000 mm的錨索配36U托梁間隔布置加強(qiáng)支護(hù),頂錨索間排距1 500 mm×750 mm。

        2)在原有支護(hù)基礎(chǔ)上采用兩幫錨索托梁支護(hù),兩幫采用高強(qiáng)錨桿支護(hù), 4 m加強(qiáng)錨索加固支護(hù),支護(hù)形式為:下幫錨桿采用φ22 mm×2 600 mm高強(qiáng)錨桿,配鋼帶梁支護(hù);上幫錨桿采用φ22 mm×2 600 mm高強(qiáng)錨桿配鋼帶梁支護(hù),上幫及頂板錨桿間排距750 mm×750 mm,下幫錨桿間排距700 mm×750mm,兩幫錨索支護(hù)形式為:φ21.8 mm×4 000 mm錨索配36U型鋼托梁,錨索間排距1 400 mm×1 600 mm。

        2 礦壓監(jiān)測與分析

        2.1 礦壓觀測

        每間隔50 m設(shè)立1個測站,每站設(shè)立不少2組測點,每組測點間距不超過15 m,每組分別在頂、底、兩幫中部布設(shè)測點,使用毫米鋼尺、小線等工具測量,并對巷道圍巖變形情況進(jìn)行觀測。

        礦壓分析: 2018年9月1日開始對080機(jī)巷10#測點前46.0 m附近布置了“十字”位移觀測點。根據(jù)該測點觀測數(shù)據(jù)顯示,2018年9月1日—2月28日180 d內(nèi),該處巷道上幫收斂130 mm,下幫收斂220 mm,共計收斂350 mm,平均每月上幫收斂21.6 mm,下幫收斂36.6 mm,共計58.3 mm。巷道在同比條件下己16-17-24030機(jī)巷兩幫收斂量1 200 mm相比,平均減少850 mm左右,分析對比,該巷道在采取多層次交替支護(hù)后兩幫收斂量減少了將近2/3。巷道圍巖得到了有效控制,達(dá)到了較好支護(hù)效果。

        2.2 頂板離層儀情況

        在每礦壓觀測站設(shè)立同時及時在頂板中部設(shè)立頂板離層儀,對頂板離層變化情況進(jìn)行監(jiān)測, 將4組變化數(shù)值進(jìn)行加權(quán)平均后整理得下表,結(jié)果表明巷道頂板離層37 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同比條件下己16-17-24030機(jī)巷頂板離層平均在210 mm,對巷道頂板深部圍巖起到了較好控制作用。

        礦壓分析:己16-17-24081機(jī)巷支護(hù)形式為錨網(wǎng),根據(jù)該測點觀測數(shù)據(jù)顯示,2018年9月1日—2月28日180 d時間,累計疊加頂板下沉量為39 mm。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同比條件下埋深相對較淺的己16-17-24030機(jī)巷頂板離層平均值210 mm,同時該測點附近巷道受埋深采動影響礦壓顯現(xiàn),底鼓量大。事實證明,移交安裝,回采期間,該機(jī)巷無挑頂維修巷道。

        3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

        3.1 技術(shù)比較

        1)施工工藝簡單,易推廣,有利于提高工作效率。

        2)兩幫錨索施工工藝簡單,易操作,便于職工掌握。

        3)7.5 m、4 m錨索支護(hù),多層次交替支護(hù)有效的加強(qiáng)了對復(fù)合軟巖頂板的支護(hù),提高了支護(hù)強(qiáng)度。

        4)錨索、鋼帶、剛性托梁加大接觸面,控制圍巖變形量,同時形成一個有機(jī)體,從而提高整體支護(hù)能力。

        3.2 經(jīng)濟(jì)比較

        己16-17-24080機(jī)巷采用高應(yīng)力錨桿索強(qiáng)支護(hù)技術(shù)與同等條件下己16-17-24030機(jī)巷采用錨桿索支護(hù)方法相比。同時對比正在回采的己16-17-24081工作面機(jī)巷,巷道圍巖變形情況及失修情況。巷道圍巖兩幫變形量減少800~1 200 mm,頂板下沉量明顯減少了300~800 mm。極大地控制了頂板下沉和兩幫的收斂變形,巷道失修率由原來的60%減少到5%以下,僅此就減少維修費(fèi)用59.7萬元。

        4 結(jié)語

        平煤十一礦根據(jù)中科院專家客座課題研究及平煤集團(tuán)開拓處要求,在己四采區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、礦壓變形規(guī)律和錨網(wǎng)支護(hù)機(jī)理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析研究,提出了實施高應(yīng)力深部煤礦礦井巷道高強(qiáng)錨桿配錨索多層次交替支護(hù)技術(shù)。該技術(shù)充分利用錨桿索支護(hù)主動能力,縮小圍巖三向應(yīng)力差值和加固三向圍巖完整性,恢復(fù)圍巖強(qiáng)度的支護(hù)優(yōu)點,減小頂板嚴(yán)重下沉威脅,有效的控制了兩幫收斂變形。該技術(shù)在圍巖應(yīng)力分散,地質(zhì)條件復(fù)雜的軟巖礦區(qū),特別是在深井復(fù)合頂板特大斷面、大跨度的切眼圍巖巷道中,具有較好的應(yīng)用價值和推廣前景,目前已經(jīng)在平煤集團(tuán)公司十一礦己四、己二、戊二下山采區(qū)和丁六石門主要巷道推廣使用。

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