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        堅(jiān)硬頂板下15102回風(fēng)順槽圍巖控制技術(shù)

        2021-10-14 06:42:36
        山東煤炭科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:回風(fēng)順高強(qiáng)控制技術(shù)

        楊 勇

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)神農(nóng)煤礦,山西 高平 048400)

        1 概況

        錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)具有施工速度快、成本低、支護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于我國(guó)大中小礦井,甚至某些煤礦實(shí)現(xiàn)了百分之百的應(yīng)用[1-5]。

        神農(nóng)煤業(yè)15102回風(fēng)順槽位于井田一采區(qū)南部,東部為實(shí)體煤,北鄰15101回采工作面(未初采),西部為礦井3條采區(qū)大巷(軌道、膠帶、回風(fēng)),南部為措施井集中回風(fēng)巷。巷道由15102回風(fēng)順槽運(yùn)輸聯(lián)巷向東延伸掘進(jìn)(方位角90°),巷道沿15#煤層頂板掘進(jìn),采用綜掘,工作面標(biāo)高+740~+785 m,地面標(biāo)高+1090~ +1170 m。圖1為巷道采掘工程平面圖。結(jié)合附近ZK1鉆孔,15#煤位于太原組下部K2灰?guī)r之下,煤厚一般1.90~5.10 m,均厚3.79 m,煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,一般含0~1層泥巖夾矸,厚0~0.35 m。煤層直接頂賦存0.8~1.2 m的砂質(zhì)泥巖;基本頂賦存堅(jiān)硬的K2灰?guī)r,厚度9.51 m以上,其堅(jiān)固性系數(shù)在15以上;底板主要由深灰色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖組成,局部含鋁質(zhì)泥巖及煤層,含豐富黃鐵礦結(jié)核,厚3.35~10.82 m,均厚7.22 m。根據(jù)試驗(yàn)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件和采掘等設(shè)備型號(hào)尺寸,設(shè)計(jì)巷道為矩形斷面,掘進(jìn)寬度為4500 mm,掘進(jìn)高度為4000 mm。

        圖1 試驗(yàn)巷道采掘工程平面圖

        2 堅(jiān)硬頂板下15102回風(fēng)順槽圍巖控制技術(shù)

        2.1 試驗(yàn)巷道圍巖控制思路

        基于神農(nóng)煤業(yè)15102回風(fēng)順槽生產(chǎn)地質(zhì)條件,提出適用于試驗(yàn)巷道的圍巖控制思路,具體如下:

        (1)高強(qiáng)度及時(shí)主動(dòng)支護(hù)

        試驗(yàn)巷道掘出后,巷道圍巖由三向約束受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為雙向約束單向自由的受力狀態(tài),在圍巖表面未施加支護(hù)約束時(shí),巷道淺層圍巖碎脹破壞嚴(yán)重,甚至誘發(fā)深部圍巖的變形破壞。為此,應(yīng)采用高強(qiáng)度的支護(hù)材料,采用主動(dòng)控制技術(shù),及時(shí)實(shí)現(xiàn)巷道表層圍巖的支護(hù)約束,形成高強(qiáng)主動(dòng)控制結(jié)構(gòu),避免巷道掘進(jìn)初期出現(xiàn)的圍巖大變形現(xiàn)象。

        (2)充分發(fā)揮堅(jiān)硬頂板巖層的承載能力

        試驗(yàn)巷道基本頂賦存堅(jiān)硬的K2灰?guī)r巖層,厚度9.51 m以上,其堅(jiān)固性系數(shù)在15以上,其力學(xué)性質(zhì)及承載性能良好。巷道支護(hù)時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮K2灰?guī)r基本頂自身的承載能力,利用形成的高強(qiáng)主動(dòng)控制結(jié)構(gòu),促使支護(hù)結(jié)構(gòu)與堅(jiān)硬頂板巖層的協(xié)同控制,從而實(shí)現(xiàn)堅(jiān)硬頂板下巷道圍巖良好的控制效果。

        2.2 試驗(yàn)巷道圍巖控制方案

        基于神農(nóng)煤業(yè)15102回風(fēng)順槽生產(chǎn)地質(zhì)條件及其圍巖控制思路,開(kāi)發(fā)堅(jiān)硬頂板下15102回風(fēng)順槽圍巖控制方案。圖2為回風(fēng)順槽支護(hù)斷面圖,具體支護(hù)參數(shù)如下:

        圖2 巷道支護(hù)斷面圖

        (1)頂錨桿材料規(guī)格與布置方式。采用規(guī)格Φ20 mm×2400 mm的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿,間排距設(shè)計(jì)為1000 mm×1000 mm,錨固力不小于120 kN,預(yù)緊扭矩不小于250 N?m。高強(qiáng)度高預(yù)緊力錨桿支護(hù)促使圍巖形成高強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)。

        (2)幫錨桿材料規(guī)格與布置方式。巷道南幫(非回采幫)采用Φ18 mm×2000 mm的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿,北幫(回采幫)采用Φ20 mm×2000 mm高強(qiáng)玻璃鋼錨桿,錨桿間排距1100 mm×1000 mm,其中螺紋鋼錨桿錨固力不小于100 kN,預(yù)緊扭矩不小于200 N?m,玻璃鋼錨桿錨固力不小于40 kN,預(yù)緊扭矩不低于70 N?m。

        (3)錨桿托板規(guī)格。螺紋鋼錨桿配套規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm的鋼制預(yù)應(yīng)力托板,玻璃鋼錨桿規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm的塑料制預(yù)應(yīng)力托板。

        (4)錨桿錨固劑規(guī)格。每根錨桿配套K2335、Z2360型錨固劑各一支,可保證將巷道頂板淺部巖層錨固至基本頂。

        (5)金屬網(wǎng)規(guī)格。頂網(wǎng)采用直徑為6 mm鋼筋焊接而成的盤(pán)條網(wǎng),網(wǎng)格100 mm×100 mm,規(guī)格1100 mm×2300 mm;南側(cè)幫(非回采幫)采用12#鐵絲編織而成菱形網(wǎng),北側(cè)幫(回采幫)采用夾筋塑料網(wǎng),網(wǎng)格大小60 mm×60 mm,網(wǎng)片規(guī)格為1100 mm×3800 mm。

        (6)錨桿梯子梁規(guī)格。頂板及南側(cè)幫(非回采幫)螺紋鋼錨桿采用直徑Φ12 mm整根鋼筋焊接而成的梯子梁成排連接,鋼梁上設(shè)計(jì)錨桿卡欄。

        (7)頂錨索材料規(guī)格與布置方式。錨索采用Φ17.8 mm×4200 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線,配套規(guī)格300 mm×300 mm×20 mm鋼制預(yù)應(yīng)力托板,間排距1600 mm×3000 mm,每根錨索均采用端頭錨固,每根錨索配套3根錨固劑(1支K2335、2支Z2360),將形成的高強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)錨固至 K2灰?guī)r巖層,充分發(fā)揮圍巖自身的承載性能。

        3 圍巖控制效果分析

        將開(kāi)發(fā)的堅(jiān)硬頂板下15102回風(fēng)順槽圍巖控制技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,每隔50 m布置一個(gè)巷道圍巖位移觀測(cè)站,采用十字測(cè)試法監(jiān)測(cè)巷道圍巖變形。圖3為試驗(yàn)巷道掘進(jìn)5個(gè)月(150 d)的圍巖變形情況。如圖所示,15102回風(fēng)順槽掘進(jìn)初期(60 d),巷道圍巖發(fā)生了較大的變形。該階段頂板累計(jì)下沉117 mm,移近速度約為1.95 mm/d;底板累計(jì)變形135 mm,移近速度約為2.25 mm/d;北幫(回采幫)累計(jì)變形99 mm,移近速度約為1.65 mm/d;南幫(非回采幫)累計(jì)變形90 mm,移近速度約為1.5 mm/d。之后隨掘進(jìn)時(shí)間的推移,巷道形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu),圍巖變形速度明顯降低,并在巷道掘進(jìn)110~120 d后圍巖變形趨于穩(wěn)定。此時(shí)頂板累計(jì)下沉161 mm,底板累計(jì)變形185 mm,北幫(回采幫)累計(jì)變形134 mm,南幫(非回采幫)累計(jì)變形121 mm。由于底板未進(jìn)行支護(hù),其變形量最大,南幫支護(hù)強(qiáng)度大于北幫,因此南幫變形量小于北幫。整體來(lái)說(shuō),回風(fēng)順槽的變形情況均在可控范圍內(nèi),同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察結(jié)果,試驗(yàn)巷道服務(wù)期間未發(fā)生明顯的大變形現(xiàn)象,證明了堅(jiān)硬頂板下15102回風(fēng)順槽圍巖控制技術(shù)和參數(shù)的合理性和優(yōu)越性。

        圖3 巷道圍巖移近曲線

        堅(jiān)硬頂板下15102回風(fēng)順槽圍巖控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了神農(nóng)煤業(yè)15102回風(fēng)順槽的穩(wěn)定控制,避免了因巷道變形造成的巷道多次修復(fù)工作,節(jié)省巷道修復(fù)人工費(fèi)用和材料費(fèi)用近30萬(wàn)元,避免了因巷道斷面尺寸達(dá)不到服務(wù)要求造成的工作面停產(chǎn),從而影響礦井高效正常回采,給礦井生產(chǎn)帶來(lái)了顯著的間接經(jīng)濟(jì)效益。

        4 結(jié)論

        錨網(wǎng)索為核心的主動(dòng)支護(hù)技術(shù)具有施工速度快、成本低、支護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn),以神農(nóng)煤業(yè)15102回風(fēng)順槽頂板賦存堅(jiān)硬巖層K2灰?guī)r為工程背景,提出了以高強(qiáng)度及時(shí)主動(dòng)支護(hù)、充分發(fā)揮堅(jiān)硬頂板巖層的承載能力為核心的試驗(yàn)巷道圍巖控制思路。基于此,開(kāi)發(fā)了神農(nóng)煤業(yè)堅(jiān)硬頂板下15102回風(fēng)順槽圍巖控制技術(shù)?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,其變形結(jié)果顯示,由于底板未進(jìn)行支護(hù),其變形量最大,南幫支護(hù)強(qiáng)度大于北幫,因此南幫變形量小于北幫。整體來(lái)說(shuō),試驗(yàn)巷道服務(wù)期間未發(fā)生明顯的大變形現(xiàn)象,證明了堅(jiān)硬頂板下15102回風(fēng)順槽圍巖控制技術(shù)及參數(shù)的合理性和優(yōu)越性。

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