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        下霍煤礦2306 工作面巷道支護(hù)及其監(jiān)測研究

        2021-05-19 09:15:34
        機(jī)械管理開發(fā) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:錨桿圍巖區(qū)域

        宋 楷

        (晉能集團(tuán)長治三元中能煤業(yè)有限公司生產(chǎn)技術(shù)科, 山西 長治 046600)

        1 工作面地質(zhì)條件分析

        晉能集團(tuán)中能煤業(yè)下霍煤礦地處長子縣慈林鎮(zhèn)五里莊村,井田面積40.79 km2,保有儲(chǔ)量24 028 萬t,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力240 萬t/a,當(dāng)前主要開采3 號(hào)煤層。下霍煤礦2306 大采高工作面位于井田東部,南六采區(qū)交膠帶巷東南側(cè),屬二迭統(tǒng)山西組下部3 號(hào)煤層。2306 工作面超向長1 150 m,工作面長度為200 m,工作面埋深660 m,埋深較深。煤巖層總體近南北走向,呈向西傾斜的單斜構(gòu)造,煤層產(chǎn)狀260°~275°,煤層傾角為4°~9°,平均6°左右。該巷道延南北走向布置,巷道傾角為-3°~+1°,平均-1°,下山掘進(jìn),局部有起伏。2306 工作面老頂為粗砂巖,厚度2.50~9.75 m;直接頂為炭質(zhì)、砂質(zhì)泥巖及薄煤層互層,厚度0.6~3.5 m;偽頂為炭質(zhì)泥巖,厚度0.1~0.2 m,直接底為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖,厚度0.53~1.20 m。

        2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)

        根據(jù)下霍煤礦2306 工作面巷道開采現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果,本著因地制宜、節(jié)約成本的原則,將2306工作面巷道附近劃分成三大區(qū)域,如圖1 所示。第一為超前支護(hù)區(qū)域,該區(qū)域位于工作面煤壁往外前方30 m,第二為架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)域,處于架后0~200 m位置,第三為成巷穩(wěn)定區(qū)域,處于架后200 m 之后位置。在對(duì)該工作面巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)根據(jù)三個(gè)不同區(qū)域的具體情況采取不同的支護(hù)措施[1-3]。

        2.1 超前支護(hù)區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)

        從圖1 可知,超前支護(hù)區(qū)域位置2306 工作面的前端位置,該區(qū)域長度約30 m,在施工前必須進(jìn)行超前支護(hù)。采用ZQL2×3200/17.5/35 型超前液壓支架進(jìn)行支護(hù),該支架設(shè)置有護(hù)壁板作為防護(hù)裝置,可提供臨時(shí)支護(hù)頂板的作用,維護(hù)頂板的穩(wěn)定性。

        圖1 2306 工作面附近三個(gè)區(qū)域分布示意圖

        2.2 架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)域支護(hù)設(shè)計(jì)

        從圖1 可知,超后臨時(shí)區(qū)域長度約200 m,處于工作面采空區(qū)中段,必須做好該區(qū)域的支護(hù)設(shè)計(jì),保障整個(gè)巷道圍巖的穩(wěn)定。因此,支護(hù)設(shè)計(jì)過程中,立柱布局的間排距為500 mm×200 mm,安裝于巷道切縫側(cè)中。在支護(hù)當(dāng)中,錨索布局采用3×3 結(jié)構(gòu)類型,行距為1 200 mm,排距1 000 mm,錨索則采用了Φ21.6 mm×9 300 mm 的恒阻大變形錨索、Φ21.6 mm×5 200 mm 的鋼絞線錨索,Φ20 mm×2 000 mm 的螺紋鋼錨索,恒阻器直徑為65 mm,恒阻值為33 t±2 t,恒阻器長度為500 mm。采用鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù),布置方式為1 500 mm×1 500 m,鋼筋網(wǎng)層間距0.1 m。

        2.3 成巷穩(wěn)定區(qū)域支護(hù)設(shè)計(jì)

        從圖1 可知,成巷穩(wěn)定區(qū)域位于工作面切眼與采空區(qū)段,長度約200 m,該區(qū)域段巷道受采動(dòng)影響非常小,巷道頂板下沉量較小,同時(shí)單體支柱的壓力量也小。在支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)可認(rèn)定該區(qū)域已處于穩(wěn)定狀態(tài),支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)可將巷道臨支護(hù)單體撤掉,保留采空區(qū)一側(cè)可伸縮U 型鋼進(jìn)行擋矸支護(hù)即可。

        3 工作面開采區(qū)監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

        3.1 測站布置設(shè)計(jì)

        針對(duì)下霍煤礦2306 工作面巷道施工實(shí)況,設(shè)計(jì)了一套PU 監(jiān)測系統(tǒng)方案,主要作用是為了保證巷道安全。礦壓觀測內(nèi)容如下頁表1 所示。

        3.2 頂板離層儀觀測

        在開口處以及施工中在巷道中心線上每50 m打設(shè)頂板離層儀1 個(gè),位置誤差不超過5 m,距離迎頭不超過50 m。深基點(diǎn)8 m,淺基點(diǎn)2.5 m。每50 m安裝錨索、錨桿應(yīng)力計(jì)。頂板離層儀觀測的安裝如圖2 所示,頂板離層儀安裝與巷道走向垂直,巷道掘進(jìn)施工過程中及施工完畢后,定期對(duì)離層儀進(jìn)行觀察、觀測并記錄。

        表1 礦壓觀測內(nèi)容、目的及手段表

        圖2 頂板離層儀安裝示意圖

        3.3 錨桿(索)測力計(jì)觀測

        在開口處以及施工中,在巷道每50 m 處安裝錨索、錨桿應(yīng)力計(jì),位置誤差不超過10 m,距離迎頭不超過50 m。

        3.4 錨桿(索)受力

        錨桿(索)受力抽檢要求:頂板螺紋鋼錨桿抽檢時(shí)抗拔力不小于108 kN;幫部螺紋鋼錨桿抽檢時(shí)抗拔力不小于90 kN,玻璃鋼錨桿抽檢時(shí)抗拔力不小于36 kN;錨索抗拔力不小于180 kN。

        3.5 錨桿(索)錨固力抽檢

        巷道掘進(jìn)施工過程中安排專人,現(xiàn)場進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。對(duì)于錨桿,按每300 根隨機(jī)抽樣檢查一組(5根,頂板3 根及兩幫各1 根);對(duì)于錨索按每100 根隨機(jī)抽樣檢查一組(5 根),合格率達(dá)到100%。(試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)錨桿(索)做“檢”標(biāo)記)。

        3.6 錨桿(索)預(yù)緊力矩檢測

        錨桿(索)預(yù)緊力矩檢測要求:頂板螺紋鋼錨桿扭矩不小于250 N·m;幫部螺紋鋼錨桿扭矩不小于200 N·m,玻璃鋼錨桿扭矩不小于70 N·m。

        3.7 巷道圍巖觀測點(diǎn)設(shè)置及觀測要求

        掘進(jìn)巷道進(jìn)行圍巖觀測分析,巷道施工每掘進(jìn)50 m 設(shè)置一處圍巖觀測點(diǎn),圍巖觀測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置好觀測牌,圍巖觀測周期與離層儀觀測周期一致。如果巷道頂?shù)装逡平炕蛘邇蓭鸵平看笥?0 mm 時(shí),必須立即停產(chǎn)并立即匯報(bào)調(diào)度室及生產(chǎn)技術(shù)部,經(jīng)過處理,在保證安全的前提下方可繼續(xù)生產(chǎn)。

        4 監(jiān)測結(jié)果分析

        對(duì)2306 工作面120 m 和240 m 兩組測站巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析,其現(xiàn)場觀測曲線如圖3 和圖4 所示。

        圖3 2306 工作面巷道120 m 處位移曲線圖

        圖4 2306 工作面巷道240 m 處位移曲線圖

        從圖3 和圖4 數(shù)據(jù)可知,該巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?80 mm,兩幫最大位移量為140 mm,巷道變形量相對(duì)較小,支護(hù)方案合理,能有效控制巷道圍巖的變形量,支護(hù)效果理想。從頂板離層儀監(jiān)測結(jié)果可知,離層值大部分監(jiān)測結(jié)果為0,少部分離層值為1~5 mm。

        從巷道表面危機(jī)監(jiān)測結(jié)和頂班離層監(jiān)測結(jié)果可知,下霍煤礦2306 工作面巷道支護(hù)方案合理可行,巷道圍巖變形量較小,能有效控制圍巖的穩(wěn)定性[4-6]。

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