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        祥升煤業(yè)上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)支護(hù)技術(shù)研究

        2021-10-22 06:32:42張福文
        煤礦現(xiàn)代化 2021年5期
        關(guān)鍵詞:錨桿圍巖

        張福文

        (山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司,山西 壽陽045000)

        0 引言

        巷道是保證煤礦井下正常生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本組成部分,擔(dān)負(fù)著井下行人、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等任務(wù),巷道支護(hù)效果和圍巖的穩(wěn)定性直接影響到煤礦的正常安全高效生產(chǎn)。煤礦井下巷道七縱八錯(cuò),2個(gè)及以上巷道將會(huì)出現(xiàn)平面交岔的現(xiàn)象從而出現(xiàn)交岔點(diǎn)。在巷道交岔點(diǎn)位置處,隨著巷道斷面積的增大,其圍巖礦壓特征與普通單一巷道的圍巖礦壓特征也會(huì)有所不同。因此,必須針對交岔點(diǎn)巷道的實(shí)際地質(zhì)條件,對其圍巖礦壓特征進(jìn)行具體分析,在此基礎(chǔ)上提出針對性的具體支護(hù)方案。

        1 交岔點(diǎn)巷道概況

        1.1 礦井基本情況

        祥升煤業(yè)隸屬山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,為資源兼并重組礦井,地處山西省晉中市壽陽縣宗艾鎮(zhèn),礦井產(chǎn)能90萬t/a,南北、東西的長度分別約為6 km、1.6 km,總體面積約10.414 1 km2。礦井批采3~15下號(hào)煤層,可采煤層包括山西組的3、6號(hào)煤層以及太原組的8、9、15、15下號(hào)煤層。采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng),主斜井、副立井進(jìn)風(fēng),回風(fēng)立井回風(fēng),布置有+932、+832 m 2個(gè)開采水平。礦井水文地質(zhì)類型為中等型,瓦斯等級(jí)為高瓦斯。

        1.2 交岔點(diǎn)基本情況

        上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)巷道沿6號(hào)煤層底板布置,其斷面基本見表1。

        表1 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)斷面基本情況

        上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)位置及平面布置見圖1。

        圖1 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)位置及平面布置示意圖

        2 交岔點(diǎn)巷道礦壓特征

        2.1 交岔點(diǎn)頂?shù)装鍘r層分布特征

        通過在交岔點(diǎn)附近巷道鉆取巖芯,進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn),得到6號(hào)煤層及頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)見表2。

        表2 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)附近巷道圍巖巖石力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

        2.2 交岔點(diǎn)礦壓特征

        上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)巷道最大寬度9.552 m,最高高度6.076 m,埋藏深度107~140 m。6號(hào)煤層厚0.50~2.95 m,平均2.03 m,一般均含一層夾石。砂質(zhì)泥巖頂板層理裂隙發(fā)育,局部垂直裂隙明顯,易導(dǎo)致頂板離層、裂隙發(fā)展甚至出現(xiàn)斷裂變形等情況。幫部圍巖介于裂隙和破碎兩者的特征之間,因此幫部容易出現(xiàn)垮落等情況,進(jìn)而也會(huì)影響到幫部支承頂板圍巖的承載能力,從而還會(huì)加速頂板圍巖的變形程度。綜上所述,將會(huì)出現(xiàn)從頂板圍巖變形到頂板圍巖離層、裂隙發(fā)展,再到幫部破碎、垮落影響到幫部支承頂板圍巖的承載能力,進(jìn)而又會(huì)加速頂板圍巖裂隙發(fā)展程度導(dǎo)致幫部破碎、垮落加速這一不利于巷道圍巖支護(hù)的循環(huán)中,并且頂板巖層還會(huì)隨著時(shí)間推移逐步出現(xiàn)拱形破碎區(qū)域,進(jìn)而還會(huì)增大巷道圍巖中承受載荷巖體的范圍。

        3 交岔點(diǎn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案

        根據(jù)上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)圍巖特征和礦壓特征,結(jié)合巷道圍巖變形與支護(hù)相關(guān)理論,支護(hù)方案控制交岔點(diǎn)巷道的頂板和幫部圍巖變形,應(yīng)當(dāng)分別遵從圍巖彈塑性和松動(dòng)性能夠處于穩(wěn)定狀況的原則。

        總體支護(hù)形式:錨網(wǎng)索噴支護(hù)形式。

        3.1 錨桿

        采用規(guī)格?20-M22-2400 mm的高強(qiáng)左旋螺紋鋼筋,加長錨固方式,K2335、Z2360型號(hào)的錨固劑各1支,鉆孔直徑28 mm,錨固長度1 300 mm。間排距均為900 mm,最大斷面處每排20根錨桿。錨桿配合尺寸150 mm×150 mm×10 mm的高強(qiáng)度托板盤及相關(guān)鎖具,拱形高度≥36 mm。預(yù)緊力矩介于300~500 N·m之間,并且錨固力不小于130 k N。

        鋼筋梯梁采用?14 mm的圓鋼焊接而成,尺寸3 800 mm×90 mm。鋼筋網(wǎng)采用?6 mm的鋼筋制作而成,網(wǎng)片尺寸4 000 mm×1 000 mm,網(wǎng)孔尺寸100 mm×100 mm。

        3.2 錨索

        采用規(guī)格為M S-?17.8-1-8300 mm的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,加長錨固方式,K2335型號(hào)的錨固劑1支、Z2360型號(hào)的錨固劑2支,鉆孔直徑28 mm,錨固長度1 750 mm。中間的錨索應(yīng)布置于巷道頂板正中處,排距1 800 mm,間距2 000 mm。巷寬<8 m時(shí),每排5根錨索;巷寬≥8 m時(shí),每排7根錨索。錨索配合尺寸300 mm×300 mm×16 mm的高強(qiáng)度托板及相關(guān)鎖具,托板用鋼標(biāo)號(hào)≥Q235,拱形高度≥60 mm。預(yù)緊力范圍200~250 k N,損失后的預(yù)緊力要大于150 k N,并且錨固力不小于300 k N。

        3.3 噴射混凝土參數(shù)

        噴射用混凝土標(biāo)號(hào)為C20,采用2次噴射成型的施工方式,第1次、第2次噴射混凝土的厚度分別不小于50、100 mm,總厚度≥150 mm,并且要求噴射混凝土厚度均勻。

        3.4 其他支護(hù)要求

        由于上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)為斷面變化巷道,在交岔點(diǎn)現(xiàn)場施工當(dāng)中必須確保支護(hù)材料的密度,以現(xiàn)場實(shí)際情況為準(zhǔn)及時(shí)修改支護(hù)參數(shù)。此外,對上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)前后5 m范圍內(nèi)的巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),將巷道原支護(hù)參數(shù)中錨桿排距修改為900 mm,并噴射混凝土封閉護(hù)巷,總厚度≥150 mm,要求噴射混凝土厚度均勻。5號(hào)交岔點(diǎn)支護(hù)示意圖如圖2所示。

        圖2 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)支護(hù)示意圖

        4 交岔點(diǎn)巷道礦壓監(jiān)測

        將頂板離層儀布置于上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)頂板中心位置處,對交岔點(diǎn)的支護(hù)效果進(jìn)行連續(xù)觀測,其監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖3所示。

        圖3 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)頂板離層監(jiān)測結(jié)果

        通過圖3可以得出,上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)頂板離層量會(huì)在第0~20 d出現(xiàn)緩慢增長的現(xiàn)象,其增長趨勢較為平緩,說明錨桿、錨索的預(yù)緊力在支護(hù)初期就能夠有效控制巷道頂板的變形,具有顯著的支護(hù)能力。當(dāng)交岔點(diǎn)支護(hù)20 d之后,交岔點(diǎn)頂板圍巖活動(dòng)趨于平穩(wěn),總體上的頂板離層量約25 mm,說明交岔點(diǎn)頂板錨固區(qū)內(nèi)圍巖控制效果良好。

        5 結(jié)語

        采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方法對祥升煤業(yè)上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)附近巷道頂?shù)装迦訋r芯進(jìn)行巖石力學(xué)測試,在此基礎(chǔ)上對交岔點(diǎn)的圍巖特征和礦壓特征進(jìn)行分析,結(jié)合巷道圍巖變形與支護(hù)相關(guān)理論,確定出交岔點(diǎn)的錨桿+金屬網(wǎng)+錨索+噴漿聯(lián)合支護(hù)具體方案。通過礦壓觀測結(jié)果表明,交岔點(diǎn)支護(hù)方案整體效果良好,所設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)科學(xué)合理,可以推廣到礦井其他類似條件下的交岔點(diǎn)支護(hù)設(shè)計(jì)當(dāng)中。

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