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        唐安煤礦沿空留巷支護技術(shù)研究

        2021-01-10 11:39:22
        同煤科技 2020年6期
        關(guān)鍵詞:柔模切頂空留巷

        潘 峰

        (山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司山西省晉城市048000)

        0 引言

        沿空留巷技術(shù)具有可實現(xiàn)無煤柱開采、提高回采率、優(yōu)化礦井通風(fēng)方式和提高采掘效率等優(yōu)勢。而沿空留巷時由于巷道一側(cè)臨近采空區(qū),給巷道的支護帶來了一定的困難[1-3]。為此,需對沿空留巷支護技術(shù)進行研究,提高沿空留巷的施工效率和安全性[4-5]。

        1 工程概況

        唐安煤礦位于高平市馬村鎮(zhèn)境內(nèi),目前,唐安煤礦正在開采三盤區(qū),為提高采掘效率,降低煤礦生產(chǎn)成本,決定在三盤區(qū)3307工作面進行沿空留巷,將3307工作面的軌道巷保留下來,作為相鄰工作面的皮帶巷。3307工作面軌道巷老頂堅硬不易垮落,沿空留巷支護難度較大。

        2 沿空留巷切頂卸壓技術(shù)

        在進行沿空留巷道時,若采空區(qū)上覆老頂強度較高,無法斷裂,則可形成懸頂現(xiàn)象。在礦山巖層控制中,我們可把這種強度高、完整性好的老頂稱為關(guān)鍵塊。老頂關(guān)鍵塊懸頂,可增加巷道上覆荷載,引起保留巷道的圍巖支護阻力變大,給沿空留巷的支護帶來一定的困難。可采用切頂卸壓技術(shù)對關(guān)鍵塊進行卸壓處理。煤礦巷道頂板切頂卸壓一般采用爆破法,在進行爆破切頂卸壓時,應(yīng)根據(jù)巷道圍巖力學(xué)參數(shù)進行爆破參數(shù)設(shè)計,并選擇合理的起爆方式。預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)原理圖如圖1所示。結(jié)合唐安煤礦3307工作面沿空留巷頂板特性,對預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)參數(shù)設(shè)計如下:

        (1)爆破器材:φ60×480 mm三級煤礦許用乳化炸藥,煤礦許用8號瞬發(fā)電雷管;

        (2)孔網(wǎng)布置:平行布置方式,炮孔直徑75 mm,傾角70°,長度11.5 m,間距1.5 m;

        (3)裝藥參數(shù):單孔裝藥量16.2 kg,裝藥長度5.76 m,封孔長度5.74 m(圖2);

        (4)爆破方式:串聯(lián)起爆。

        圖1 預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)

        圖2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

        切頂卸壓時首先在超前工作面50 m外,施工預(yù)裂鉆孔,在超前工作面30 m~50 m范圍內(nèi)(根據(jù)施工和工作面推進情況實時調(diào)整),進行鉆孔預(yù)裂爆破,每次起爆5個鉆孔,形成切頂缷壓預(yù)裂切縫線。待工作面推過后,及時采用圍護支架沿切縫線擋矸,澆筑柔?;炷翂w隔絕采空區(qū),保證巷道穩(wěn)定。

        3 沿空留巷支護設(shè)計

        錨桿(索)支護技術(shù)是目前巖土支護領(lǐng)域最為常用的技術(shù)之一,煤礦領(lǐng)域錨桿(索)支護理論可分為三大類:懸吊理論、組合梁理論和擠壓加固作用,錨桿(索)作用于巷道圍巖后可降低圍巖中拉應(yīng)力的分布范圍,避免巷道圍巖發(fā)生離層、開裂等現(xiàn)象,提高圍巖的整體性和穩(wěn)定性。

        3.1 巷道圍巖支護設(shè)計

        臨近采空區(qū)一側(cè)的圍巖支護,即巷旁支護,有效的巷旁支護可隔離采空區(qū)有毒有害氣體、優(yōu)化巷道斷面的支護壓力。結(jié)合錨桿(索)支護理論,考慮沿空留巷道的后期使用要求,并結(jié)合唐安煤礦的實際地質(zhì)力學(xué)參數(shù),經(jīng)研究決定在3307工作面預(yù)留巷道采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+柔模混凝土+錨栓”的綜合支護方案。支護參數(shù)如下:3307工作面沿空留巷頂板采用φ21.6×8 300 mm錨索與φ20×2 200 mm高強錨桿,錨索間排距離為1 800×900 mm,錨桿間排距為900×900 mm;巷內(nèi)幫采用φ20×2 200 mm的高強錨桿,錨桿間排距與頂錨相同;為隔離采空區(qū)的有害物質(zhì),巷旁支護采用強度等級C30的柔模混凝土與φ20×1 550 mm的高強螺紋鋼,錨栓間排距為900×750 mm;金屬網(wǎng)采用網(wǎng)孔尺寸為50×50 mm的菱形金屬網(wǎng)。3307工作面沿空留巷支護斷面圖如圖3所示。

        圖3 沿空留巷支護斷面圖

        3.2 待澆筑空間圍護設(shè)計

        在巷旁支護澆筑C30柔?;炷燎?,需采用圍護支架(圖4)為待澆空間提供良好的作業(yè)環(huán)境,同時,改善沿空留巷的圍巖應(yīng)力分布。因此,圍護支架需滿足以下條件:

        (1)滿足支護強度要求,加強切頂效果,支護強度1.2 MPa以上;

        (2)能適用工作面軌道巷沿空留巷的擋矸要求,采空區(qū)行走,穩(wěn)定性好;

        (3)可以自行移動,與工作面支架不連接;

        (4)可以機械化安裝柔模;

        (5)滿足每天最大10 m的回采推進要求;

        (6)滿足柔?;炷裂乜樟粝锏墓に囈?;

        (7)具備手動、電液和遙控控制功能。

        圖4 維護支架整體效果圖

        唐安煤礦3307工作面沿空留巷待澆筑空間圍護支架由兩組四架組成,兩架為一組。圍護支架位態(tài)是指圍護支架在某個時間處于的位置和狀態(tài)。生產(chǎn)班割第一刀煤后,采空區(qū)側(cè)支架首先前移擋矸,靠墻側(cè)支架原位不動。沿空留巷圍護支架主要技術(shù)參數(shù)見表1。

        表1 沿空留巷圍護支架的主要技術(shù)參數(shù)

        需要說明的是,巷旁支護采用的C30的柔?;炷恋臐仓ば蛱幱趪o支架布置完成之后,柔?;炷敛捎米韵孪蛏系臐仓樞?,為避免澆筑大體積混凝土可能產(chǎn)生的裂縫問題,每次澆筑高度900 mm,最后一次澆筑高度為500 mm,每次澆筑長度11 m,上一層的混凝土需等下層混凝土終凝后進行澆筑,澆筑前對下層混凝土做剔層處理,增加分層之間的粘合度。

        3.3 臨時加強支護設(shè)計

        當(dāng)沿空留巷經(jīng)過復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)或采動劇烈影響區(qū)時,可采用臨時加強支護保證沿空留巷的作業(yè)安全??紤]3307沿空留巷的實際情況,在3307沿空巷道采用一梁四柱進行臨時加強支護。3307工作面沿空留巷臨時加強支護設(shè)計斷面圖如圖5所示。

        圖5 沿空留巷臨時加強支護斷面圖

        4 圍巖位移觀測

        為考察3307工作面沿空留巷支護效果,沿空巷道內(nèi)距工作面每隔30 m布置圍巖位移測量儀,結(jié)果見6。

        圖6 沿空留巷圍巖位移監(jiān)測

        由圖6可知,在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+柔?;炷?錨栓”的綜合支護技術(shù)后,巷道圍巖位移得到有效控制,兩幫移近量和頂板下沉量最大值分別為35 mm和25 mm,圍巖位移量較小,均在可控范圍。

        5 結(jié)論

        (1)以唐安煤礦三盤區(qū)3307工作面需將軌道巷保留,作為臨近工作面的皮帶巷為工程背景,介紹了沿空留巷切頂卸壓技術(shù),并對3307工作面沿空留巷預(yù)裂爆破卸壓參數(shù)進行了選??;

        (2)闡述了錨桿(索)三大支護理論,提出在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+柔?;炷?錨栓”的綜合支護技術(shù),對待澆筑空間圍護和臨時加強支護進行了設(shè)計,監(jiān)測了沿空留巷的圍巖位移量,結(jié)果表明,在3307工作面沿空留巷采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+柔?;炷?錨栓”的綜合支護技術(shù)后,圍巖應(yīng)力分布得到有效改善,圍巖位移量較小,處于可控范圍之內(nèi),保證了工作面巷道圍巖的頂板安全。

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