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        巷道錨桿(索)讓壓支護(hù)技術(shù)研究

        2020-12-16 07:42:50
        山東煤炭科技 2020年11期
        關(guān)鍵詞:順槽金屬網(wǎng)離層

        趙 飛

        (山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)首陽煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048400)

        我國(guó)煤炭資源的開采大都采用地下開采的方式。在地下開采中[1-2],頂板的穩(wěn)定直接影響井下作業(yè)的安全和整個(gè)礦井的經(jīng)濟(jì)效益,必須采取合理的支護(hù)方式。當(dāng)圍巖應(yīng)力較高時(shí),需對(duì)錨桿(索)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),因此研究錨(索)讓壓支護(hù)技術(shù)具有重要意義[3-5]。

        1 工程概況

        山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)首陽煤業(yè)有限公司15203 工作面開采15#煤層,進(jìn)風(fēng)順槽凈寬5.0 m,凈高4.0 m。15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽圍巖狀態(tài)雖較好,但其所受地應(yīng)力較大,回風(fēng)順槽原支護(hù)方案采用普通錨桿、普通錨索和金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù),在工作面推進(jìn)過程中,發(fā)現(xiàn)錨桿和錨索出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象,威脅工作面作業(yè)安全。

        2 錨桿讓壓支護(hù)作用機(jī)理分析

        錨桿(索)支護(hù)技術(shù)雖然取得了一些成就,改善了巷道圍巖的受力狀態(tài),但當(dāng)圍巖處于高應(yīng)力狀態(tài)下時(shí),一些錨桿(索)出現(xiàn)拉斷破壞現(xiàn)象,且地應(yīng)力越大破壞現(xiàn)象越嚴(yán)重。根據(jù)支護(hù)作用理論,支護(hù)的最佳時(shí)機(jī)是圍巖產(chǎn)生一定的變形之后,此時(shí)圍巖的一部分應(yīng)力狀態(tài)得到釋放,支護(hù)后也可及時(shí)控制變形繼續(xù)發(fā)展,達(dá)到較為經(jīng)濟(jì)的支護(hù)效果,由此產(chǎn)生了錨桿(索)讓壓支護(hù)技術(shù)。

        錨桿(索)讓壓支護(hù)作用原理是在錨桿(索)上安裝讓壓裝置,使錨桿(索)可適應(yīng)圍巖的大變形,保證錨桿(索)不被拉斷。當(dāng)圍巖變形過大時(shí),錨桿(索)又提供可靠的支護(hù)阻力,大大改善圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用狀態(tài)。讓壓支護(hù)起到減震作用,巷道處于高應(yīng)力狀態(tài)時(shí),圍巖內(nèi)積蓄大量的能量,可產(chǎn)生沖擊地壓和巖爆,威脅工作面的安全生產(chǎn)。錨桿(索)讓壓支護(hù)可吸收一部分震動(dòng)能量,削弱沖擊波的破壞能力,減少支護(hù)結(jié)構(gòu)本身和工作面受沖擊波的影響程度,保證作業(yè)人員的安全。在錨桿(索)讓壓支護(hù)的作用下,巷道圍巖可形成三道抗沖擊防線,如圖1所示,分別是深部圍巖的塑性變形耗能、松散圍巖的吸波耗能和支護(hù)結(jié)構(gòu)的讓壓耗能。

        圖1 讓壓支護(hù)抗震作用原理

        3 支護(hù)方案

        3.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

        采用圍巖分類指標(biāo)對(duì)15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽的圍巖進(jìn)行分類,分類結(jié)果為II ~I(xiàn)II 級(jí)中等穩(wěn)定圍巖。但15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽地應(yīng)力較大,為達(dá)到較為經(jīng)濟(jì)的支護(hù)效果,決定在15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽采用“讓壓錨桿+讓壓錨索+金屬網(wǎng)”的讓壓支護(hù)技術(shù)。按照巷道圍巖支護(hù)技術(shù)規(guī)范,并結(jié)合錨桿(索)讓壓支護(hù)技術(shù)原理,綜合理論計(jì)算法、以巷道圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的工程類比法和以地質(zhì)力學(xué)條件為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算法,對(duì)15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)后支護(hù)斷面圖如圖2 所示,支護(hù)具體參數(shù)如下。

        (1)錨桿

        頂錨采用Ф20 mm×2400 mm 左旋螺紋鋼讓壓金屬錨桿,幫錨采用Ф20 mm×2400 mm 金屬錨桿和玻璃鋼錨桿,頂錨與幫錨鉆孔深度均為2350 mm,頂錨間排距1200 mm×1200 mm,幫錨間排距1200 mm×1200 mm,錨桿托盤采用150 mm×150 mm×8 mm 的穹形托盤。

        (2)錨索

        錨索布置在巷道頂板,采用Ф17.8 mm×6300 mm 的讓壓錨索,錨固深度為6100 mm,外露長(zhǎng)度為200 mm,錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm 的鋼板托盤。

        (3)金屬網(wǎng)

        頂網(wǎng)與幫網(wǎng)網(wǎng)孔規(guī)格分別為50 mm×50 mm 和100 mm×100 mm,金屬網(wǎng)之間采用16#鉛絲連接。

        (4)支護(hù)注意事項(xiàng)

        在巷道交叉點(diǎn)等位置可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況縮小錨桿間排距,以確保安全??梢罁?jù)直接頂厚度和破碎程度確定支護(hù)方案,當(dāng)直接頂厚度>5.0 m 且頂板完整時(shí),采用上述支護(hù)方案;當(dāng)直接頂厚度<5.0 m 時(shí),縮小頂板錨桿(索)間排距,錨桿間排距<1000 mm,錨索排距<3000 mm(實(shí)際工作中,具體支護(hù)參數(shù)需根據(jù)地質(zhì)條件采用理論計(jì)算法進(jìn)行確定);當(dāng)直接頂厚度<5.0 m 且頂板破碎或遇斷層等地質(zhì)構(gòu)造段時(shí),在上述基礎(chǔ)上,局部噴射混凝土密閉圍巖或采用棚式支護(hù)。

        圖2 工作面進(jìn)風(fēng)順槽支護(hù)斷面圖

        3.2 支護(hù)效果評(píng)價(jià)

        在15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)時(shí),每隔50 m 布置監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)頂板離層量進(jìn)行監(jiān)測(cè),共布置20 臺(tái)。

        圖3 工作面進(jìn)風(fēng)順槽頂板離層量

        選取8 個(gè)監(jiān)測(cè)站的離層量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽的離層量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),如圖3 所示。工作面頂板離層量控制在22~29 mm 之間,雖有一定的離層現(xiàn)象,但最大離層量控制在29 mm 左右,且隨工作面的推進(jìn)離層量逐漸趨于穩(wěn)定。可見,15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)”的讓壓支護(hù)技術(shù)取得了較好的支護(hù)效果。

        4 結(jié) 論

        針對(duì)15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽地應(yīng)力較大的問題,提出采用“讓壓錨桿+讓壓錨索+金屬網(wǎng)”的支護(hù)技術(shù)。通過監(jiān)測(cè)15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽頂板離層量,最大離層量控制在29 mm 左右,所采用的支護(hù)方案取得了較好的支護(hù)效果。

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