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        U型鋼棚配合錨索支護技術(shù)在軟巖回采巷道中的應(yīng)用

        2022-01-17 11:12:00黃夢飛
        同煤科技 2021年6期
        關(guān)鍵詞:離層背板型鋼

        黃夢飛

        (河南永華能源有限公司嵩山煤礦 河南 洛陽 471924)

        0 引言

        軟巖(煤)巷道由于巖(煤)體較軟,圍巖易松動、離層、片冒,掘進過程中一般采用U型鋼或工字鋼架棚被動支護,架棚巷道受圍巖應(yīng)力及采動壓力影響,極易發(fā)生變形、造成巷道失修。嵩山煤礦主采二疊系山西組二1煤層,煤層直接頂為泥巖,普氏硬度系數(shù)2~3,相對較軟,二1煤層厚度煤層結(jié)構(gòu)簡單,局部含夾矸,煤層受滑動構(gòu)造影響,組織疏松,強度低,普氏硬度系數(shù)小于0.3。礦井采煤工作面回采巷道以往掘進過程中主要采用U型鋼架棚支護,由于圍巖(煤)較為松軟、破碎、壓力比較大,采煤工作面回采過程中經(jīng)常出現(xiàn)巷道失修情況,影響通風(fēng)和行人,采煤工作面回采結(jié)束前,回采巷道要進行2~3輪整體擴修,巷道擴修投入較大人力、物力,嚴(yán)重影響礦井安全高效生產(chǎn)。

        鑒于此,結(jié)合嵩山煤礦二1煤層頂板地質(zhì)條件,在2112運輸順槽采用U型鋼棚配合錨索支護技術(shù),該技術(shù)采用架棚被動支護和錨索主動支護相互耦合的方式將巷道頂、幫軟巖固定、限位,防止軟巖(煤)的離層、松動,從而降低巷道圍巖壓力,減少巷道失修變形量[1-6]。

        1 工程概況

        嵩山煤礦2112工作面下順槽設(shè)計長度1 150 m,埋藏深度610 m左右,掘進期間揭露煤層為二疊系山西組二1煤層,煤(巖)層為單一緩傾斜構(gòu)造,近東西走向,傾向北,傾角9°~20°,平均15°。煤層厚度:1.61 m~6.77 m,平均煤厚3.78 m,煤層結(jié)構(gòu)簡單,局部含夾矸,厚度在0.1 m~0.4 m之間,煤層受滑動構(gòu)造影響,組織疏松,強度低,煤層以粉末狀為主,塊狀較差,普氏硬度系數(shù)小于0.3。煤層頂、底板巖性如表1所示。

        表1 煤層頂?shù)装鍘r性表

        2 巷道支護設(shè)計

        2.1 巷道斷面

        巷道沿二1煤層底板掘進,梯形半圓拱斷面,采用U型鋼棚+塑料護幫網(wǎng)、菱形網(wǎng)+背板(鋼筋梯)+錨索支護,斷面規(guī)格為:凈寬(拱基線處)×凈高=4 600×3 200 mm;掘進高度為3 450 mm、掘進寬度為5 100 mm(起拱線位置);外扎角5°,內(nèi)扎角85°,柱窩深500 mm,掘進斷面為15.4 m2,凈斷面為12.8 m2。棚距為700 mm(調(diào)棚時除外)。巷道斷面圖如圖1所示。

        圖1 巷道斷面圖

        2.2 巷道支護

        (1)鋼棚為4節(jié)結(jié)構(gòu),采用U36型鋼加工,節(jié)與節(jié)之間采用3副卡纜進行固定(搭接端部使用限位卡纜)。棚腿與頂梁搭接長度400 mm、頂梁之間搭接長度為600 mm。棚與棚之間采用3副簡易連板進行連接,連板安裝在支架搭接處中部卡纜位置(調(diào)棚時連板長度可調(diào)整)??ɡ|、連板要與巷道中線方向一致,成排成線且不得影響錨索施工??ɡ|螺栓扭矩300 N·m。

        (2)采用塑料護幫網(wǎng)(9 000×800 mm,根據(jù)施工需要進行長度裁剪)、菱形網(wǎng)(?8 mm,5 000×800 mm、2 000×800 mm)配合鐵背板(寬50 mm、長900 mm U36型鋼加工或?12 mm鋼筋加工的鋼筋梯)背設(shè)。采用鋼筋梯背設(shè)時,全斷面沿巷道輪廓線布置4條鋼筋梯(2 400×100 mm)并用鐵絲固定在菱形網(wǎng)上,鋼筋梯搭接長度不小于100 mm,最后背設(shè)背板(頂板破碎時可先背設(shè)背板,鋼筋梯布置在背板外面)。塑料護幫網(wǎng)在內(nèi)層、菱形網(wǎng)在外層(菱形網(wǎng)供應(yīng)不及時,可采用鋼筋網(wǎng)配合塑料護幫網(wǎng)進行護表;菱形網(wǎng)及鋼筋網(wǎng)均供應(yīng)不及時時,可采用塑編網(wǎng)配合塑料護幫網(wǎng)進行護表;當(dāng)菱形網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)及塑料護幫網(wǎng)均供應(yīng)不及時時,采用雙層塑編網(wǎng)進行護表)。

        (3)背板頂部間距300 mm、幫部400 mm;采用鋼筋梯作為背板時,頂、幫鋼筋梯間距400 mm。頂部和兩幫的背板應(yīng)與巷道中線平行,背板兩頭要穿過鋼梁。背幫、背頂材料要緊貼圍巖,不得松動或空幫空頂;頂幫有空洞時,可用荊笆(800×400 mm)或背木填實背嚴(yán)(不得妨礙打設(shè)錨索)。

        (4)鋼棚架設(shè)完成后,在后巷棚襠間打設(shè)錨索進行補強支護,全斷面布置12根錨索。錨索采用第一輪、第二輪隔棚交替施工的方式打設(shè),頂部錨索間排距650×700 mm,幫部錨索間排距600×700 mm(詳見支護斷面圖)。局部空幫、空頂部位或背木、釬桿影響部位可根據(jù)現(xiàn)場調(diào)整間排距,允許±100 mm誤差(塌孔時除外)。錨索規(guī)格:頂部為?21.6×8 300 mm,幫部為?21.6×7 300 mm。每根錨索使用1支MSK2350、2支MSZ2350型錨固劑,錨索錨固力不低于200 kN,錨索外露長度150 mm~200 mm,錨索托盤采用兩種規(guī)格的托盤交替使用,即第一排托盤規(guī)格為400 mm×400 mm×20 mm、第二排托盤規(guī)格為360 mm×360 mm×10 mm(YTP高強度預(yù)應(yīng)力托盤),若沒有其中一種規(guī)格的則全部采用另一種規(guī)格的托盤。使用液壓挖掘機時錨索第一輪要求滯后迎頭不超過10棚,錨索第二輪要求滯后迎頭不超過15棚;未使用液壓挖掘機時錨索第一輪要求滯后迎頭不超過7棚,錨索第二輪要求滯后迎頭不超過15棚。

        (5)施工期間頂板錨索長度可根據(jù)煤厚情況進行調(diào)整。煤厚<3.5 m時,錨索長度5 300 mm;3.5 m≤煤厚≤5.0 m時,錨索長度6 300 mm;煤厚>5.0 m時,錨索長度8 300 mm。局部錨索塌孔,可在附近區(qū)域調(diào)整間排距進行打設(shè)。

        (6)塑料護幫網(wǎng)搭接長度不小于100 mm,每隔200 mm用12#鐵絲交叉扎緊綁牢,菱形網(wǎng)搭接長度不小于100 mm,搭接處采用12#雙股鐵絲連網(wǎng),連網(wǎng)間距100 mm,呈“三花”布置,鐵絲要求扭動不少于3圈并且扭緊扭牢。

        3 掘進方式及施工工藝

        3.1 掘進方式

        采用風(fēng)鎬配合手鎬或者使用液壓挖掘機進行掘進,后巷使用膠帶輸送機配合刮板輸送機運輸。前期掘進時采用風(fēng)鎬配合手鎬進行掘進架棚,待順槽長度滿足安裝挖掘裝載機時(約7 m左右),可采用MWD2/0.12L型煤礦用液壓挖掘機配合風(fēng)鎬或手鎬落煤(巖),挖掘機裝煤。若出現(xiàn)矸石較硬,使用風(fēng)鎬或挖掘機作業(yè)困難,需采用爆破方式進行掘進時,另行編制爆破專項安全技術(shù)措施。

        3.2 施工工藝

        (1)架棚施工工藝

        交接班→安全檢查(敲幫問頂)→打設(shè)超前骨架→延長刮板輸送機→挖掘機鏟挖上部煤(巖)體、風(fēng)鎬及手鎬配合開挖→敲幫問頂→臨時支護→安設(shè)頂梁→背頂→迎面墻防護→挖掘機鏟挖下部煤(巖)體、風(fēng)鎬及手鎬配合開挖→安設(shè)棚腿→背幫→清理下部煤矸并整理迎頭。

        (2)注水施工工藝

        安全檢查、敲幫問頂→打設(shè)注水孔→安裝封孔器→注水。利用檢修班時間打設(shè)注水孔注水(巷道遇到薄煤層、褶曲等打設(shè)注水孔位置為砂質(zhì)泥巖時,不再進行注水工作)。

        (3)錨索施工工藝

        安全檢查、敲幫問頂→鉆孔→安裝錨索→張拉錨索→錨索頭防護。打錨索可與掘進平行作業(yè)。

        4 應(yīng)用效果分析

        (1)巷道變形量分析

        礦井原2110綜采工作面回采巷道僅采用U型鋼棚支護,采煤工作面回采期間,回采巷道頂?shù)装逡平孔畲笾禐? 430 mm,兩幫移近量最大為1 670 mm,巷道變形嚴(yán)重,通風(fēng)斷面小于設(shè)計斷面三分之二,變形嚴(yán)重的地段需要返修后方可滿足通風(fēng)、行人、運輸需要。

        2112工作面下順槽巷道掘進期間每50 m設(shè)置一組巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平亢晚敯咫x層觀測站,每7天觀測一次。通過實測數(shù)據(jù)顯示,回采巷道掘進結(jié)束,采煤工作面回采前,巷道頂?shù)装逡平孔畲鬄?60 mm,兩幫移近量最大為370 mm,頂板離層儀淺基點最大離層量230 mm,深基點最大離層量230 mm,由此可知,巷道采用U型鋼棚配合錨索支護技術(shù)后,巷道上部直接頂軟巖有少量松動、離層,基本頂堅硬離層無明顯離層情況,巷道兩幫移近量在設(shè)計允許范圍之內(nèi),頂?shù)装逡平恐饕窍锏赖坠囊?,通過巷道臥底即可保證巷道斷面,無需重新返修巷道。

        (2)錨索支護滯后掘進工作面的距離不大于20 m,因此,錨索支護可與巷道掘進平行作業(yè),不影響掘進速度。

        (3)采煤工作面回采期間,受采動壓力影響,工作面推采位置向外50 m范圍內(nèi)巷道變形量最大,及時臥底后,實測巷道斷面積仍大于設(shè)計斷面積的三分之二,不影響采煤工作面正常通風(fēng)與行人,因此不需要擴修。

        5 結(jié)論

        (1)U型鋼配合錨索協(xié)同支護軟巖巷道,能夠發(fā)揮和提高U型鋼支架的整體承載能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,同時U型鋼支護又為錨索支護提供可靠的護表構(gòu)件,發(fā)揮和提高錨索的錨固性能,提高了巷道支護強度。

        (2)實踐證明,采用U型鋼配合錨索支護相對于單獨U型鋼棚支護,巷道變形量明顯較小,最大變形后巷道斷面仍大于設(shè)計斷面的三分之二,達到一次成巷至采面回采結(jié)束無需返修的效果。

        (3)采用錨索補強支護后,巷道掘進成本增加約1 100元/m,巷道返修成本減少約3 600元/m,實際減少成本2 500元/m,經(jīng)濟效益顯著。

        (4)U型鋼拱部受圍巖壓力最大,拱部補強支護錨索深入基本頂堅硬巖層1 m以上,可有效防止巷道深基點離層,有利于巷道整體穩(wěn)定。

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