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        主斜井過小窯破壞區(qū)加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

        2021-11-09 07:59:02牛晉林
        山東煤炭科技 2021年10期
        關(guān)鍵詞:錨桿圍巖

        牛晉林

        (山西焦煤霍州煤電集團(tuán)同安煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 呂梁 033500)

        1 概 述

        同安煤業(yè)有限責(zé)任公司新掘主斜井主要擔(dān)負(fù)礦井的煤炭提升和進(jìn)風(fēng)任務(wù),設(shè)計(jì)長度643 m,傾角-21°,方位角162°。主斜井為拱形斷面,設(shè)計(jì)凈寬5.0 m,凈高4.5 m。主斜井掘進(jìn)方向與原天旺礦主斜井掘進(jìn)方位保持一致,保留安全煤柱寬度為30 m。

        主斜井在前150 m 掘進(jìn)時(shí)巷道主要以全巖為主,150~400 m 以煤與泥巖為主,400~643 m 主要以煤層為主,采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn),目前已掘進(jìn)545 m。

        2 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀及問題分析

        2.1 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀

        主斜井永久支護(hù)采用錨噴支護(hù)技術(shù),拱頂從巷道中線開始,向兩邊布置錨桿,間排距1000 mm×1000 mm,左右兩幫直墻段各布置2 根錨桿,間排距1000 mm×1000 mm,每排布置11 根錨桿,錨桿規(guī)格Ф22 mm×2600 mm。噴漿厚度150 mm,強(qiáng)度C20。

        主斜井在掘進(jìn)至里程532 m 處,左幫揭露原天旺礦井小窯破壞垮落帶,通過鉆探發(fā)現(xiàn)破壞帶總長度為42 m。受小窯垮落破壞帶影響,主斜井掘進(jìn)至532~538 m 段時(shí),位于小窯垮落帶側(cè)巷幫出現(xiàn)擠壓突出并伴隨著裂隙發(fā)育。隨著巷道延伸,當(dāng)巷道掘進(jìn)至540 m 處時(shí)巷道圍巖破壞更加嚴(yán)重,小窯垮落破壞帶出現(xiàn)局部垮落現(xiàn)象,原頂板支護(hù)無法對圍巖起到有效的控制作用。

        2.2 巷道掘進(jìn)存在的技術(shù)難題

        (1)主斜井與原天旺礦主斜井預(yù)留保安煤柱寬度為30 m,保安煤柱主要以煤層與泥巖為主,煤巖體平均單軸抗壓強(qiáng)度不足15 MPa。由于受小窯破壞帶影響,保安煤柱承載能力降低,導(dǎo)致保安煤柱破壞嚴(yán)重,煤體內(nèi)裂隙發(fā)育、破碎失穩(wěn)。原巷道主要采用單純錨桿和噴漿聯(lián)合支護(hù),錨桿在破碎圍巖錨固效果差,錨固力不足設(shè)計(jì)值的70%,錨桿失效現(xiàn)象嚴(yán)重。同時(shí),由于煤巖體內(nèi)出現(xiàn)裂隙擴(kuò)張破壞作用,巷道噴漿后在內(nèi)部巖體擴(kuò)張作用下,漿體出現(xiàn)脫落。

        (2)由于受小窯破壞帶影響,主斜井巷幫煤柱承載能力降低,巷道掘進(jìn)后巷幫煤柱無法對頂板進(jìn)行有效承載、支撐作用,導(dǎo)致巷幫煤柱在應(yīng)力作用下出現(xiàn)剝離破壞,從而發(fā)生煤壁片幫、肩角煤柱垮落。同時(shí),巷幫煤柱失穩(wěn)后,頂板無法形成穩(wěn)定承載拱,頂板兩幫煤柱頂板形成跨距,降低了巷道拱形頂板整體穩(wěn)定性。

        (3)巷幫煤柱破碎后形成的圍巖裂隙,隨著巷道延伸裂隙向頂板及迎頭煤體延伸,而原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)未采用超前臨時(shí)支護(hù)措施,導(dǎo)致在小窯垮落破壞影響區(qū)內(nèi),巷道掘進(jìn)過程中頂板及兩幫出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象,巷道掘進(jìn)后不僅不利于巷道安全支護(hù),而且很容易造成頂板垮塌。

        3 巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

        3.1 注漿施工方案

        (1)注漿鉆孔布置在小窯破壞區(qū)巷幫煤柱側(cè),每排布置4 個(gè)注漿鉆孔(1#~4#)。注漿鉆孔深度為3.0 m,直徑為45 mm,鉆孔間距為1.8 m,第一個(gè)鉆孔布置在距底板0.5 m 處,排距為3.0 m。

        (2)1#注漿鉆孔傾角為0°,2#注漿鉆孔傾角為10°,3#注漿鉆孔傾角為20°,4#注漿鉆孔傾角為20°。注漿鉆孔采用YT-28 風(fēng)鉆施工,布孔時(shí)由巷道中線向兩拱布孔,如圖1。

        圖1 主斜井圍巖破碎區(qū)聯(lián)合支護(hù)示意圖

        (3)注漿鉆孔施工完后進(jìn)行擴(kuò)孔施工,孔口深度為0.5 m,擴(kuò)孔直徑為120 mm。擴(kuò)孔后對其安裝孔口管,孔口管里端安裝一根長度為2.0 m 注漿花管,孔口管尾端加高壓截止閥??卓诠懿捎门蛎浰噙M(jìn)行封孔處理,封孔長度為0.5 m。

        (4)鉆孔封孔完成后進(jìn)行注漿施工,注漿時(shí)采用單孔注漿方式,注一孔封一孔,注漿使用材料為P.O42.5 硅酸鹽水泥及水玻璃漿液,配比為1:0.5~1:1(體積),注漿終壓不小于1.5 MPa。

        3.2 超前管棚支護(hù)

        (1)注漿完成,待破碎圍巖固化形成整體后,采取超前管棚支護(hù)。支護(hù)鉆孔采用B22 mm×2000 mm 中空六角鉆桿帶鉆頭直接打進(jìn)頂部破碎帶,間距300 mm,自井筒中心正頂向兩邊布置,每排14個(gè)支護(hù)孔,孔深度為3.0 m。

        (2)主斜井采用超前管棚支護(hù)體主要是長度為3.0 m、直徑為30 mm 無縫鋼管,鋼管端頭成尖錐狀,鋼管采用錨固劑進(jìn)行錨固,在鋼管兩側(cè)均勻焊制一排直徑為8 mm 圓孔,孔間距為0.3 m。若頂板破碎嚴(yán)重,采用超前管棚支護(hù)無法維護(hù)時(shí),可配合預(yù)注漿進(jìn)行支護(hù)。

        (3)超前管棚外露端采用鋼帶進(jìn)行固定,管棚支護(hù)完成后巷道繼續(xù)掘進(jìn)。當(dāng)巷道掘進(jìn)3.0 m 后施工第二排超前管棚支護(hù),以此類推直至巷道完全過小窯破壞影響區(qū)。

        3.3 密集U29 型鋼棚支護(hù)

        (1)巷道注漿及超前管棚支護(hù)完成后,為進(jìn)一步提高巷道圍巖穩(wěn)定性,決定對巷道架設(shè)密集U29 型鋼棚。鋼棚主要由棚腿、底座、底梁、弧形頂梁、卡纜等部分組成,其中弧形頂梁主要分為三節(jié),鋼棚所有部分采用卡纜固定搭接,搭接長度不低于0.2 m。

        (2)U29 型鋼棚支架必須架到實(shí)底上,當(dāng)遇底板破碎時(shí),在架棚處幫部澆筑鋼筋混凝土柱墩,確保棚腿落到實(shí)底上。兩幫部棚腿間采用24 kg 軌道作為橫向底梁,底梁采用卡蘭進(jìn)行固定。

        (3)U29 鋼棚棚距為(中-中)0.5 m,支架間采用槽鋼拉桿連接,棚與棚之間使用7 根槽鋼拉桿配Ф18 mm×200 mm 的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行固定。

        (4)為了防止架棚后頂板出現(xiàn)碎石掉落現(xiàn)象,在架設(shè)U29 型鋼棚時(shí),在鋼棚與頂板之間鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。每片鋼筋網(wǎng)規(guī)格為長×寬=4.5 m×1.2 m,相鄰兩片鋼筋網(wǎng)之間搭接寬度為0.3 m,鋼筋網(wǎng)與鋼棚頂梁之間采用8#鉛絲進(jìn)行捆綁。

        4 結(jié)語

        (1)對主斜井小窯破壞帶影響區(qū)不穩(wěn)定圍巖采取注漿加固后,降低了殘余應(yīng)力對圍巖造成的剪切破壞作用,控制了兩幫及頂板肩角煤柱破碎、垮落現(xiàn)象。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn),采用注漿后錨桿支護(hù)與巷幫及頂板達(dá)到有效支護(hù)作用,錨桿支護(hù)后未出現(xiàn)支護(hù)托盤變形、斷裂以及錨桿失效等現(xiàn)象。

        (2)通過對主斜井施工超前管棚支護(hù)后,防止了因應(yīng)力影響圍巖裂隙擴(kuò)張破壞作用,導(dǎo)致巷道未掘區(qū)頂板圍巖出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象,達(dá)到了巷道掘進(jìn)后頂板超前臨時(shí)支護(hù)效果,有效提高了巷道掘進(jìn)后破碎圍巖下永久支護(hù)施工安全系數(shù)。

        (3)與傳統(tǒng)的矩形工字鋼棚相比,U29 型鋼棚具有承載強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、不易變形等優(yōu)點(diǎn)。主斜井破碎圍巖區(qū)架設(shè)密集U29 型鋼棚后,削弱了小窯破壞帶殘余應(yīng)力對主斜井圍巖的剪切破壞作用,提高了巷幫煤柱對拱形頂梁的支撐作用強(qiáng)度。

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