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        大采高綜采工作面回撤通道支護(hù)優(yōu)化研究

        2021-10-15 09:12:32
        機(jī)械管理開發(fā) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:錨桿圍巖變形

        孫 偉

        (山西焦煤西山煤電晉興能源公司斜溝煤礦,山西 興縣 033699)

        引言

        采掘工作面是煤礦生產(chǎn)的基礎(chǔ)性工作,隨著礦井現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,部分礦井將中厚煤層開采方式由綜放開采方式轉(zhuǎn)變成大采高開采方式。由于大采高綜采工作面采動壓力顯現(xiàn)更為明顯,如何確保采面回撤巷道圍巖穩(wěn)定時大采高工作面煤炭回采時需要重點解決的問題[1]。為此,眾多的研究學(xué)者對回撤通道圍巖支護(hù)展開研究,其中賈成剛[2]針對復(fù)雜地質(zhì)條件下大采高工作面回撤通圍巖支護(hù)困難問題,提出采用錨網(wǎng)索、工字鋼以及挑棚相結(jié)合的支護(hù)技術(shù)對圍巖進(jìn)行控制;范冬閣[3]對預(yù)掘單回撤通道、預(yù)掘雙回撤通道以及無預(yù)掘回撤通道情況下圍巖變形特點進(jìn)行分析,并根據(jù)采面實際情況提出采用預(yù)掘單回撤通道方式確保采面綜采設(shè)備可快速回撤。文中就依據(jù)上述眾多的研究成果并以山西某礦3056地質(zhì)條件為工程背景,對回撤通道支護(hù)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,確保了回撤通道圍巖穩(wěn)定。

        1 3506綜采工作面工程概況

        3506綜采工作面位于3采區(qū),回采的5號煤層埋深平均460 m,厚度在4.6~7.3 m,平均6.5 m,采面采用大采高回采工藝,一次開采厚度為6.5 m。5號煤直接頂泥巖,基本頂細(xì)砂巖,直接底泥巖,基本底為裂隙發(fā)育的砂質(zhì)泥巖。3506綜采工作面現(xiàn)推進(jìn)至距離停采線65 m位置,為了降低采面采動對動壓并降低回撤通道圍巖支護(hù)難度,在采面距離停采線35 m位置將采面高度降低至5.0 m。

        為了確?;爻废锏绹鷰r穩(wěn)定,提出使用分步掘進(jìn)回撤巷道,即在采面與停采線相距一定距離后采面暫時停止回采,采用綜掘機(jī)沿著先掘進(jìn)回撤巷道上半部分,回撤巷道下部分采用采煤機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。使用綜掘機(jī)提高回撤通道掘進(jìn)效率同時由于預(yù)先掘進(jìn)的上分層回撤通道斷面相對較小,可顯著降低回撤通道圍巖控制難度。具體采用的分布掘進(jìn)回撤巷道方式見圖1所示。

        圖1 分步掘進(jìn)回撤巷道示意圖

        2 回撤巷道支護(hù)優(yōu)化

        采取分步掘進(jìn)回撤巷道方式本質(zhì)上是降低回撤巷道斷面,從而降低采面采動動壓對回撤通道圍巖控制影響[4]。為了提高回撤巷道圍巖控制,提出采用單體支柱+工字鋼組成臨時支護(hù),采用錨網(wǎng)索(梯)構(gòu)成永久支護(hù)。綜掘機(jī)掘進(jìn)完成后即采用單體支柱對巷道頂板進(jìn)行控制,巷道支護(hù)不會給掘進(jìn)工作高效開展帶來不利影響,在設(shè)備檢修班再施工頂板以及巷幫支護(hù),通過臨時支護(hù)、永久支護(hù)相互配合,不僅實現(xiàn)提高回撤巷道掘進(jìn)效率而且可起到較好的圍巖控制效果。

        采用綜掘機(jī)掘進(jìn)回撤通道上層時,頂板采用單體支柱+工字鋼按照“一梁三柱”方式構(gòu)成臨時支護(hù),對回撤通道圍巖進(jìn)行控制。采用液壓支架配合雙銷梁(長度2.0 m),DW-3.5單體緊隨著掘進(jìn)迎頭進(jìn)行臨時支護(hù)。頂板永久支護(hù)則使用錨網(wǎng)索(梯)支護(hù),頂板布置5排樹脂錨桿(規(guī)格Φ22 mm×2 400 mm),布置的間排距分別為800 mm、900 mm。在靠近煤壁側(cè)頂板錨桿布置15°外插角。對回撤通道頂板沿采面傾斜方向每間隔900 mm布置1排鋼筋梯(長度3.6 m)。頂板支護(hù)采用的錨索為270K鋼絞線(規(guī)格Φ21.6 mm×6 000 mm),錨索在兩排錨桿間并按照2 000 mm×2 700 mm間排距布置。

        回撤巷道巷幫采用錨桿、錨網(wǎng)支護(hù)。錨桿為螺紋鋼錨桿(規(guī)格Φ20 mm×2 000 mm),配套使用規(guī)格200 mm×300 mm×50 mm木托盤進(jìn)行支護(hù)。巷幫錨桿共布置3排,最上排錨桿位于頂板下方300 mm位置且有30°仰角,中排以及下排錨桿與上排錨桿間距分別為900 mm、1 800 mm且均垂直煤壁布置。巷幫錨桿排距均為900 mm。

        回撤巷道使用采煤機(jī)對底板進(jìn)行刷擴(kuò)后,采用螺紋鋼錨桿(Φ20 mm×2 000 mm)支護(hù)煤壁。

        3 回撤巷道支護(hù)優(yōu)化效果分析

        在分步預(yù)掘回撤支護(hù)后,為了掌握回撤巷道圍巖控制效果,在回撤巷道內(nèi)每間距20 m布置一個測點,測點共布置10個。對測點監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,繪制得到的圍巖變形量結(jié)果見圖2所示。

        圖2 回撤巷道圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

        從圍巖變形結(jié)果看出,回撤通道圍巖變形受采面采動動壓影響較為明顯,采取預(yù)掘回撤巷道方式以及文中所述圍巖控制措施可實現(xiàn)回撤巷道圍巖穩(wěn)定,回撤巷道頂、底板最大變形量分別為158 mm、123 mm,巷幫基本未有變形。

        在3506綜采工作面現(xiàn)場應(yīng)用表明,對于大采高回采工作面采取分步掘進(jìn)方式一方面可避免提前掘進(jìn)大斷面回撤通道時引起巷道圍巖控制困難問題;另一方面可充分利用礦井已有的綜掘設(shè)備提高回撤巷道掘進(jìn)效率?;爻吠ǖ谰蜻M(jìn)時產(chǎn)生的煤炭可直接外運,機(jī)械化、自動化程度較高。

        4 結(jié)論

        1)3506綜采工作面一次開采高度達(dá)到6.5 m,在距離停采線附近時采高雖然降低至5.0 m,但是采動動壓顯現(xiàn)依然明顯,給回撤巷道圍巖控制帶來較大影響。為了給采面綜采設(shè)備回撤提供良好條件,提出采用分步掘進(jìn)回撤通道方式來降低采動動壓對回撤通道圍巖控制影響。

        2)采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)回撤通道上部分,使用單體+工字鋼組成臨時支護(hù),從而降低支護(hù)對回撤通道掘進(jìn)影響;在滯后掘進(jìn)迎頭一段距離后采用錨網(wǎng)索(梯)組成永久支護(hù)對回撤巷道進(jìn)行支護(hù)。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用后,3506綜采工作面回采至回撤巷道時頂、底板變形量最大值分別控制158 mm、123 mm,取得較好的圍巖控制效果。

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