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        暗斜井新型支護方案的應(yīng)用研究

        2021-03-13 03:03:06武成浩
        山東煤炭科技 2021年2期
        關(guān)鍵詞:錨桿

        武成浩

        (晉城無煙煤礦業(yè)集團金成礦山建筑工程有限責(zé)任公司,山西 晉城 048000)

        岳城礦材料暗斜井延深段總長113 m,其中延深段長度為93 m,井底加寬段長度20 m,斷面均為半圓拱形。材料暗斜井延深段斷面凈寬3.8 m,毛寬4.0 m,凈高3.5 m,毛高3.6 m,墻高1.6 m,凈斷面積11.75 m2,毛斷面積12.68 m2,下山方向左幫墻體基礎(chǔ)100 mm,右?guī)蛪w基礎(chǔ)300 mm,右?guī)褪┕び兴疁霞芭_階。材料暗斜井延深段井底加寬段斷面凈寬5.5 m,毛寬5.7 m,凈高4.35 m,毛高4.45 m,墻高1.6 m,凈斷面積20.67 m2,毛斷面積21.87 m2。

        為了確保井下施工安全,在施工過程中通常采用全永久支架支護方案[1]。但該方案支護時需要多人同時作業(yè),而且在碎裂帶還需要采用加密支護的方案,支護結(jié)構(gòu)復(fù)雜,支護效率低,嚴重影響暗斜井掘進效率。結(jié)合井下材料暗斜井的實際地質(zhì)情況,在充分考慮掘進安全和效率的基礎(chǔ)上,提出了錨、網(wǎng)、噴組合支護系統(tǒng)補強支護的方案,有效解決了支護效率和支護強度的沖突。自該方案應(yīng)用以來,支護效率提升37.2%,支護強度提升2.6%。目前該方案已經(jīng)在岳城礦得到了廣泛的應(yīng)用,取得了極好的效果。

        1 錨、網(wǎng)、噴組合支護工藝方案

        為了克服傳統(tǒng)全永久支護方案下支護過剩、支護效率低、轉(zhuǎn)移困難等難題,結(jié)合材料暗斜井延深段實際地質(zhì)情況和巷道掘進需求,提出了采用錨桿、網(wǎng)片、噴漿固化相結(jié)合的組合支護工藝方案[2]。方案如下:

        錨桿布置:每排垂直巷道輪廓線均勻布置11 根錨桿,錨桿間距為0.9 m,排距為1.0 m,起錨高度0.3 m。具體布置方式為:在拱頂中間豎直布置1 根,從中間向兩側(cè)以900 mm 間距垂直巷道輪廓線分別均勻布置3 根錨桿;在巷道幫部每排每幫分別布置2 根錨桿。錨桿采用MSGLW-400-22/2200 型的高強度螺旋鋼錨桿,托盤采用配套的150 mm×150 mm×6 mm 拱形高強度托盤。錨桿錨固方式為樹脂加長錨固,錨固長度為1675 mm,采用一支規(guī)格為K2335(先放)和一支規(guī)格為Z2360(后放)的樹脂錨固劑,錨桿錨固力不小于150 kN,預(yù)緊力矩不小于400 Nm,錨桿螺母以外外露長度為10~50 mm。幫部支護可滯后工作面3 m,幫部底錨桿可滯后工作面20 m。

        錨索布置:在巷道拱頂中間布置一根錨索,錨索排距為2.0 m。錨索采用規(guī)格為SKP22-1/1720 型的錨索,索體為高強度低松弛鋼絞線,長度7.3 m,公稱直徑22 mm,錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm 的鋼板及配套鎖具。錨索錨固方式為端錨,采用一支規(guī)格為K2335(先放)和兩支規(guī)格為Z2360(后放)的樹脂錨固劑。鉆孔直徑30 mm,孔深控制在7050~7100 mm,錨固長度為2300 mm,錨索外露長度索具外小于300 mm,錨索預(yù)緊力不小于250 kN。錨索安裝角度與頂板垂直。

        網(wǎng)片采用10#鐵絲編織而成的經(jīng)緯網(wǎng),網(wǎng)孔為50 mm×50 mm,網(wǎng)片采用搭接形式,搭接長度為100 mm,并用16#雙股聯(lián)網(wǎng)絲每隔100 mm一道聯(lián)緊,扭結(jié)圈數(shù)不少于2 圈。該組合支護結(jié)構(gòu)如圖1。

        圖1 優(yōu)化后的巷道頂板支護方案示意圖

        噴漿分為初噴和復(fù)噴,均采用強度等級為C20的混凝土,噴漿厚度不低于100 mm。C20 噴射混凝土:水泥采用標號不低于42.5#普通硅酸鹽水泥,且無受潮結(jié)塊現(xiàn)象;石子采用粒徑5~10 mm 的清潔石子;砂子采用粒徑0.5~2 mm 的中粗黃砂,無雜物;速凝劑采用有出廠檢驗合格證的完好不結(jié)塊的速凝劑。C20 混凝土配合比(質(zhì)量比)水泥:砂:石子=1:2:2,速凝劑的摻量為水泥的4%~6%。

        巷道拱部初噴可滯后工作面6 m,幫部初噴可滯后工作面不大于20 m,待巷道施工完畢后或根據(jù)生產(chǎn)組織條件進行復(fù)噴成巷。噴漿結(jié)束后兩小時內(nèi)開始進行灑水養(yǎng)護,每天必須進行灑水養(yǎng)護3 次,養(yǎng)護時間為1 周。

        采用錨、網(wǎng)、噴組合支護工藝方案的主要優(yōu)點在于能夠根據(jù)巷道實際情況選擇不同的加強工藝方案,靈活性高,而且由于在穩(wěn)定區(qū)域采用機械化的網(wǎng)片布置和噴漿加強方案,無需進行永久支護設(shè)備布置。根據(jù)在材料暗斜井延深的實際應(yīng)用,采用該方案后的支護效率提升了27.6%,作業(yè)人員可降低45.4%,支護完成后的巷道穩(wěn)定性并未受到影響,能夠滿足在巷道掘進過程中的穩(wěn)定性需求。

        2 巷幫支護方案

        錨桿采用MSGLW-400-22/2200 mm 高強度螺紋鋼錨桿,托盤采用配套150 mm×150 mm×10 mm 拱形高強度托盤。錨桿錨固方式為樹脂加長錨固,錨固長度不小于1208 mm,采用一支規(guī)格為MSK2335(先放)和一支規(guī)格為MSZ2360(后放)的樹脂錨固劑,錨桿錨固力不小于120 kN,預(yù)緊力矩不小于350 Nm,錨桿螺母以外外露長度不大于50 mm,不小于10 mm。錨索采用SKP22-1/1720/7300 型,長度7.3 m,公稱直徑22 mm,索體為高強度低松弛鋼絞線。錨索托盤采用規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm 的鋼板及配套鎖具。錨索錨固方式為端錨,采用一支規(guī)格為MSK2335(先放)和兩支規(guī)格為MSZ2360(后放)的樹脂錨固劑,錨索錨固力不小于250 kN。鉆孔直徑為30 mm,孔深控制在7050~7100 mm,錨固長度為2300 mm,錨索外露長度索具外小于300 mm。網(wǎng)片采用JW10/50×50-1.2×10 型的經(jīng)緯網(wǎng),10#鉛絲編織而成,網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm,網(wǎng)片采用搭接形式,搭接長度為100 mm,并用16#雙股聯(lián)網(wǎng)絲每隔100 mm 一道聯(lián)緊,并且扭結(jié)圈數(shù)不少于2 圈。錨桿布置時每排11 根錨桿,排距為1000 mm,間距為1000 mm。錨桿安裝角度全部與巷道輪廓線垂直。

        錨索布置時每排正拱頂布置1 根錨索,排距為2000 mm,該組合支護方案能夠顯著提升巷幫支護的安全和穩(wěn)定性。

        3 噴漿加強要點

        在實際操作過程中為了確保噴漿的均勻性和噴漿質(zhì)量,需要特別注意噴射時噴頭移動方式[3],可先向受噴的剛性巖面用左右或上下移動的掃射方式噴一薄層,形成一薄塑性層,然后在此薄層上以螺旋狀一圈壓半圈,沿橫向作緩慢的劃圈運動,劃出的圓圈直徑一般以150 mm 為宜,噴射順序應(yīng)先墻后拱,自下而上,以防止混凝土因自重而產(chǎn)生裂縫和脫落,墻基腳要噴嚴噴實,拉開區(qū)段,順次噴完半邊巷道,然后調(diào)轉(zhuǎn)噴頭噴另半邊巷道,最后合攏收頂。若遇光滑巖面,可先薄薄噴上一層砂漿,形成粗糙表面,間隔一段時間后再噴射。遇有鋼筋時,應(yīng)采用近距斜向和快速“點射”的方式噴射,以保證鋼筋后面噴射密實不留空隙。

        噴頭一般距噴射點1.2 m,若距離過大,會使噴射料束分散,以致射搗無力,影響噴射層質(zhì)量和增加回彈量;若距離太近,會引起灰漿回濺,回彈劇增。噴頭與噴射點的角度在噴射兩幫時,由下而上噴射,噴混凝土可將噴頭下俯10°~15°,噴漿時可將噴頭下俯5°~10°,其他方向始終要求噴頭的噴射方向垂直于受噴面。

        4 應(yīng)用效果

        材料暗斜井延深段在采用新型聯(lián)合支護工藝后,在頂板處設(shè)置位移監(jiān)測裝置,對巷道頂板的下沉量進行監(jiān)測,結(jié)果如圖2。

        由圖2 可知,采用新的聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)后,充填體一側(cè)頂板的下沉量先升高,然后在距離工作面140 m 處下沉量達到最大值約為260 mm。巷幫側(cè)頂板的下沉量是先增加,然后在距離工作面約100 m處開始處于穩(wěn)定狀態(tài),最大下沉量約為150 mm。根據(jù)對應(yīng)用以來支護情況的分析,岳城礦井下支護效率提升37.2%,支護強度提升2.6%,顯著提升了煤礦井下的支護效率和安全性。

        圖2 聯(lián)合支護下頂板下沉量變化曲線

        5 結(jié)論

        (1)錨網(wǎng)噴組合工藝方案下,支護效率提升了27.6%,作業(yè)人員可降低45.4%,支護完成后的巷道穩(wěn)定性并未受到影響,能夠滿足在巷道掘進過程中的穩(wěn)定性需求;

        (2)巷幫支護的工藝方案,具有支護操作簡單、拆卸便捷的特性,能夠確保重點區(qū)域在礦壓波動下的支護穩(wěn)定性,避免出現(xiàn)頂板垮落、巷幫坍塌事故;

        (3)該聯(lián)合支護方案,能夠?qū)⒕轮ёo效率提升37.2%,支護強度提升2.6%,顯著提升了煤礦井下的支護效率和安全性。

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