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        深井大傾角高地壓松軟煤巷錨網(wǎng)索支護技術應用

        2021-01-09 05:37:38苗國慶
        山東煤炭科技 2020年12期
        關鍵詞:幫部鋼帶型鋼

        史 青 苗國慶

        (1.肥城礦業(yè)集團單縣能源有限責任公司,山東 肥城 271608;2.肥城礦業(yè)集團單縣能源有限責任公司 山東 菏澤 274300)

        1 概況

        陳蠻莊煤礦井田整體為單斜構造,傾向340°~347°,傾角25°~45°,平均30°。主采3 煤層1.0~3.6 m,平均3.3 m。煤層結構簡單,普氏硬度系數(shù)0.18。直接頂為泥巖,平均厚度1.3 m,灰色至深灰色,泥質(zhì)結構;基本頂為粉砂巖,平均厚度5.2 m,灰色,質(zhì)硬,滑面明顯,局部破碎且見垂直裂隙,易風化;直接底為泥巖,平均厚度1.5 m,灰黑色,泥質(zhì)結構,與煤接觸面為炭質(zhì)泥巖,破碎易風化。3204 軌道順槽揭露三煤異常區(qū),主要表現(xiàn)為頂板破碎、煤層變薄、分叉、頂板局部有淋水。3 號煤層具有弱沖擊傾向性,煤層頂?shù)装鍘r層無沖擊傾向性。

        3204 軌道順槽沿煤層頂板掘進,巷道煤層埋深為1040~1140 m,原斷面凈寬為4000 mm,凈高為3500 mm,采用綜掘機施工。采用錨網(wǎng)索支護工藝,頂板采用高強預應力左旋無縱筋錨桿,Ф20 mm×2400 mm;幫部采用等強錨桿,選用全螺紋鋼錨桿,規(guī)格為Ф20×2400 mm,托盤為正方形,規(guī)格為長×寬=140 mm×140 mm,用厚10 mm 鋼板壓制成弧形。高強錨桿使用1 塊MSCK2550 型錨固劑和1 塊MSM2550 型錨固劑固定,等強錨桿均用2 塊MSM2550 樹脂錨固劑固定。錨桿錨固力不小于120 kN,預緊力矩300 N·m。錨索采用規(guī)格Ф17.8 mm 的鋼絞線制作,錨索全長6.3 m,錨索托盤規(guī)格:長×寬×厚=300 mm×300 mm×14 mm,每根錨固力不低于150 kN。錨索按2-1-2 布置,間排距為1600 mm×1600 mm,錨桿間排距800 mm×800 mm。原斷面支護圖如圖1 所示。

        3204 軌道順槽掘進一段距離后發(fā)現(xiàn)巷道變形嚴重,幫部煤層松軟片幫,頂板局部下沉、底鼓。巷道大范圍擴修,帶來了大量投入,對頂板安全、工程投資和工作面接續(xù)影響較大。針對此問題,對巷道支護情況進行深入研究應用,并根據(jù)變形觀測情況及時優(yōu)化,形成適合大傾角高地壓松軟煤層條件下的支護體系。

        圖1 原斷面支護圖

        2 巷道變形原因分析

        (1)煤層埋藏深,傾角大,地壓高,掘進后煤炮多,容易發(fā)生片幫,頂板局部破碎。

        (2)支護材料強度不足,錨桿和錨索直徑偏小,錨桿多出現(xiàn)幫部錨桿被鋼帶剪切脆斷,錨索在壓力較大區(qū)域出現(xiàn)連續(xù)斷裂現(xiàn)象。

        (3)支護體系參數(shù)不合理,密度低。頂板錨索排距大,懸吊作用不足。

        (4) 支護關鍵因素控制不到位。煤幫松動范圍大于錨桿支護范圍,幫部支護強度不足。由于煤層傾角大,側向應力顯現(xiàn)較為明顯,高幫側出現(xiàn)滑移現(xiàn)象,煤層與巖層頂?shù)装褰唤缑嫦嗷ュe動,煤層底板處最大達到1 m,煤層頂板處達到0.6 m,低幫側肩窩處煤層側向應力集中,出現(xiàn)鼓幫現(xiàn)象,這三處發(fā)生錨桿脆斷、鋼帶撕裂情況明顯。

        (5)幫部變形減弱了兩幫對頂板的支撐作用,造成頂板下沉。一般在幫部變形較大區(qū)域頂板下沉也較大,最大下沉量超過1 m。

        3 支護優(yōu)化關鍵技術

        3.1 支護方式

        為預留變形空間,滿足運輸設備使用需要,優(yōu)化后斷面凈寬4600 mm,凈高3800 mm。

        (1)頂板采用高強預應力左旋無縱筋錨桿、W鋼帶和錨索聯(lián)合支護。

        每排布置7 根錨桿,錨桿間排距800 mm×800 mm,如巷道片幫導致頂板空頂300 mm 以上時,及時補打1 根頂部錨桿,靠近兩幫的錨桿與巷道頂板成75°夾角;支護按“3-2-3”布置,打設在W鋼帶空檔內(nèi),按照巷道中心線對稱布置,間排距為1600 mm×800 mm,靠近兩幫的錨索與巷道頂板成75°夾角。

        (2)上幫采用等強螺紋鋼錨桿、W 鋼帶配合“天地斜拉錨索+高強度T 型鋼帶”聯(lián)合支護。

        上幫每排布置7 根錨桿,間排距800 mm×800 mm,上幫第一根錨桿距頂板不大于300 mm,并上仰15°,底角錨桿距底板距離超過400 mm 時及時補打一根錨桿,底角錨桿垂直幫部下斜30°打設。上幫布置兩排T180 鋼帶,每根鋼帶打設2 根錨索,間距1600 mm,上幫第一排打設在頂板向下1500 mm 處,錨索斜向上45°打設,第二排打設在底板向上1500 mm 處,錨索水平打設;T180 鋼帶間距1600 mm。

        (3)下幫采用等強螺紋鋼錨桿配合W鋼帶、“斜拉錨索+高強度T 型鋼帶”聯(lián)合支護。

        每排布置4 根錨桿,間排距800 mm×800 mm,下幫第一根錨桿距頂板不大于300 mm,并上仰15°,底腳錨桿距底板距離超過400 mm 時及時補打一根錨桿,底角錨桿垂直幫部下斜30°打設。下幫打設一排T180 鋼帶,在底板向上1000 mm 處,錨索斜向上20°打設,T180 鋼帶間距1600 mm。優(yōu)化后斷面支護圖如圖2 所示。

        3.2 支護材料

        (1)選用Q600 號鋼制作成高強預應力左旋無縱筋錨桿,規(guī)格為Φ22 mm×2800 mm;等強錨桿選用全螺紋鋼錨桿,規(guī)格為Φ22 mm×2800 mm,托盤為正方形,長×寬=200 mm×200 mm,用厚15 mm 鋼板壓制成弧形。高強錨桿使用1 塊MSCK2335 型錨固劑和1 塊MSM2350 型錨固劑固定,等強錨桿均用2 塊MSM2350 樹脂錨固劑固定。

        (2)錨索采用Φ21.6 mm 的鋼絞線制作,錨索全長6300 mm;錨索托盤規(guī)格:長×寬×厚=300 mm×300 mm×16 mm;鎖具為QVM22-1 單孔鎖具;每根錨索用4 塊型號為MSM2350 樹脂錨固劑固定。

        (3)頂部金屬網(wǎng)采用Φ6 mm 的冷拔鋼筋焊制,規(guī)格為長×寬=2000 mm×1000 mm,網(wǎng)格為長×寬=100 mm×100 mm;幫部金屬網(wǎng)采用Φ3.5 mm的冷拔鋼筋焊制,長×寬=2000 mm×1000 mm,網(wǎng)格為長×寬=60 mm×60 mm。

        (4)W 鋼帶采用BHW270-2.75W 鋼帶,展寬300 mm,成型寬度270 mm,板材厚度2.75 mm。頂板W 鋼帶為4.4 m 和1.2 m 搭接使用,上幫W 鋼帶為2.0 m 搭接使用,下幫W 鋼帶為2 m+1 m 搭接使用。

        圖2 優(yōu)化后斷面支護圖(單位:mm)

        4 支護技術優(yōu)點

        (1)加大了支護材料強度,滿足了大傾角、高地壓、松軟煤巷條件下的支護強度要求。一是錨桿由Q500 增大至Q600,加大錨桿直徑和長度至Φ22 mm×2800 mm;二是加大錨索直徑至Φ21.6 mm,加密錨索支護按“3-2-3”布置;三是錨桿預緊力矩由300 N·m 提高至400 N·m,每根錨桿錨固力由不低于120 kN 提高至228 kN,從而起到了強化支護的作用。

        (2)加強了關鍵支護影響因素的控制,即通過加長錨桿長度減小了圍巖松動范圍,對大傾角側向應力起到支撐作用,提高了煤幫的完整性。

        (3)采用了幫部“天地斜拉錨索+高強度T型鋼帶”的方式,將煤幫斜拉到頂?shù)装鍘r層中不少于1000 mm?!疤斓劐^索”上下協(xié)同作用,T 型鋼帶強度大,加固了縱向W 型鋼帶護表作用,兩者共同加強了幫部支護強度,將煤幫與頂?shù)装鍘r石鎖定在一起,克服了煤幫側向應力,減小了側向移進。

        (4)加大了巷道斷面。根據(jù)單軌吊使用和預留變形量的需要,巷道高度、寬度均進行了優(yōu)化,有利于巷道長期使用。

        5 結語

        通過觀測,巷道成型質(zhì)量明顯提升,控制了幫部變形和頂板下沉,移近量在0.2 m 以內(nèi),減少片幫90%,頂板下沉不超過0.05 m,底鼓不超過0.1 m,杜絕了巷道二次擴修帶來的費用投入和對生產(chǎn)的影響。與以往投入對比,每年可減少擴修人工和材料費用500 萬元。

        在煤巷支護“強化支護、治頂先治幫”的理念指導下,通過加大支護材料強度、優(yōu)化支護參數(shù)和支護方式,采用“天地斜拉錨索+高強度T 型鋼帶”的特殊支護方式,克服了高幫側向應力,頂板下沉和幫部移近問題得到解決,保證了后期回采期間正常使用,杜絕了巷道擴修,形成了深井大傾角高地壓松軟煤層條件下的煤巷錨網(wǎng)索支護體系。

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