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        沿空巷道錨索補強加固支護技術(shù)分析

        2021-11-09 07:59:04馬利偉
        山東煤炭科技 2021年10期
        關(guān)鍵詞:離層試驗區(qū)錨索

        馬利偉 閆 明 呂 磊

        (河南大有能源股份有限公司新安煤礦,河南 新安 471800)

        河南新安煤礦二1 煤層及圍巖較為松軟破碎,巷道圍巖變形較大,易出現(xiàn)頂板下沉、片幫、巷道斷面縮小等現(xiàn)象,沿空巷道留設(shè)更加困難[1-3]。結(jié)合新安礦的開采情況,對試驗工作面采取“預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿+雙鋼筋托梁+金屬經(jīng)緯網(wǎng)+錨索補強支護”的支護方案,能有效解決巷道變形大、支護困難、維護時間長等技術(shù)難題,為其他類似條件礦井提供參考和借鑒意義[4-7]。

        1 工程背景

        新安礦區(qū)試驗工作面對應(yīng)地面標(biāo)高平均為+307 m,工作面標(biāo)高平均為+45 m。新安礦開采煤層主要為山西組二1 煤層,平均煤層厚度為3.4 m,巷道斷面為5.1 m×3.5 m。試驗工作面鉆孔柱狀圖如圖1。

        圖1 試驗工作面鉆孔柱狀圖

        2 巷道支護方案

        2.1 頂板支護方案

        新安礦采取了錨桿、雙鋼筋托梁、錨網(wǎng)和錨索的聯(lián)合支護方式對巷道頂板進行支護。錨桿選用預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿,間排距900 mm×1000 mm。兩側(cè)幫部的錨桿與側(cè)幫垂直方向呈20°打設(shè),其余錨桿均垂直于頂板打設(shè)。錨桿之間使用Φ16 mm×4800 mm×900 mm×120 mm 的6 眼雙鋼筋托梁連接;錨索采用小五花布置,錨索選用Φ22 mm×7300 mm高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,且全部垂直頂板打設(shè)。

        2.2 側(cè)幫支護方案

        為了有效減小巷道兩幫圍巖變形,對側(cè)幫采取錨桿、雙鋼筋托梁及錨網(wǎng)聯(lián)合支護方式。兩幫每排布置4 根錨桿,錨桿選用讓壓錨桿,間排距為950 mm×1000 mm,巷道兩側(cè)靠近頂?shù)装宓腻^桿與巷道兩幫垂直方向10°打設(shè),其余錨桿均垂直巷幫打設(shè)。

        2.3 頂板錨索補強支護方案

        為有效控制巷道頂板下沉,采取了沿空巷道頂板錨索補強支護方案。即通過在原支護方案上再補打3 根錨索,分別位于巷道頂板中部和距兩側(cè)幫550 mm 處,實現(xiàn)巷道的支護補強效果。補強錨索采用Φ22 mm×6300 mm 的高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,均垂直巷道頂板布設(shè),補強錨索的排距仍為1000 mm,一排3 根與一排5 根錨索的間距分別為1400 mm、1000 mm。錨索布置示意圖如圖2。

        圖2 巷道錨索補強支護示意圖

        3 巷道圍巖變形監(jiān)測方案

        3.1 測點布置

        為研究巷道圍巖變形情況,在巷道內(nèi)布置7 個測點,其中將一個測點布設(shè)于試驗區(qū)域前方,一個測點布設(shè)于試驗區(qū)域后方,其余測點均位于試驗區(qū)域內(nèi),通過測點監(jiān)測巷道變形情況。具體布置方案:于下順槽距工作面開切眼150 m 處布置初始測點,即測點1,各測點間距為25 m 布置測點2 ~測點7。測點布置示意圖如圖3。自工作面開切眼起,下順槽各測點每天監(jiān)測一次,直至工作面推進至試驗巷道外側(cè)為止。

        圖3 礦壓監(jiān)測測點布置

        3.2 監(jiān)測內(nèi)容

        (1)巷道表面位移監(jiān)測

        通過“十字測量法”對巷道表面位移進行監(jiān)測,通過在巷道頂?shù)装寮皟蓭筒荚O(shè)若干測點,用皮尺進行測量并記錄,通過測量變形后兩幫或頂?shù)装逯g距離,與原巷道尺寸比較計算便可得巷道兩幫及頂?shù)装逡平?。與上一次測量進行對比計算,可以得到兩次測量時間之間巷道兩幫及頂?shù)装逡平浚M而計算出兩幫或頂?shù)装逡平俣取?/p>

        (2)巷道頂板離層監(jiān)測

        在巷道內(nèi)每個測點位置各布設(shè)1 條巷道頂板離層監(jiān)測線,于頂板中部錨索的一側(cè),沿測線方向布置3 個監(jiān)測點,間距2 m,并在每個測點處安裝1個頂板離層監(jiān)測儀,設(shè)2 個基點,深度分別為2.3 m和5.1 m。選用DZY-8m 型頂板離層指示儀來監(jiān)測巷道內(nèi)的頂板巖層位移?;cA、B 兩點所測變形量分別表示不同層位支護范圍內(nèi)巖層的離層值,A、B 兩點所測變形量的差值即為A、B 之間產(chǎn)生的離層值。

        (3)錨索工作阻力監(jiān)測

        在巷道內(nèi)每個測點位置布設(shè)2 個錨索工作阻力監(jiān)測點,其間距為2 m。采用YAD-200 型錨索載荷監(jiān)測儀,可對錨索工作阻力進行連續(xù)記錄,存儲在其中的數(shù)據(jù)可采用FCH8/1.5 型采集器進行采集,實現(xiàn)對錨索工作阻力的監(jiān)測效果。

        4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

        (1)巷道表面位移

        根據(jù)上述所布測點內(nèi)監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù),分析可得回采期間巷道頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平?,如圖4。

        圖4 巷道表面位移

        (2)巷道頂板圍巖離層

        根據(jù)上述所布測點內(nèi)頂板離層指示儀的數(shù)據(jù),分析得回采期間巷道頂板離層情況,如圖5。

        圖5 巷道頂板離層

        (3)巷道頂板錨索受力

        根據(jù)上述所布測點內(nèi)錨桿(索)測力儀所測數(shù)據(jù),分析得到工作面回采期間各測點錨索受力變化曲線,如圖6。

        圖6 錨索受力曲線

        結(jié)果分析:

        ① 加固試驗區(qū)平均兩幫移近量382.3 mm,相較于加固試驗區(qū)外平均兩幫移近量471.9 mm,減小了19.0%;加固試驗區(qū)平均頂?shù)装褰?63.9 mm,相較于加固試驗區(qū)外頂?shù)装逡平?65.4 mm,減小了35.6%。

        ② 加固試驗區(qū)錨桿支護范圍內(nèi)的平均離層值為105.2 mm,較加固試驗區(qū)外的平均離層值117.1 mm,減小了10.2%;加固試驗區(qū)錨索支護范圍內(nèi)平均離層值149.5 mm,相較加固試驗區(qū)外錨索支護范圍內(nèi)平均離層值160.3 mm,減小了9.3%。

        ③ 加固試驗區(qū)錨索平均受力峰值為286.9 kN,相較加固試驗區(qū)外平均錨索受力峰值309.8 kN,減小了7.4%。

        5 結(jié)論

        通過錨索補強加固支護,實現(xiàn)了巷道原支護的加強,有效減小巷道圍巖變形、頂板離層值及錨索平均受力峰值,支護效果明顯,實現(xiàn)了巷道變形的有效控制。

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