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        2038綜放工作面斷面切眼支護(hù)應(yīng)用研究

        2022-02-23 03:08:12韓吉祥
        山東煤炭科技 2022年1期
        關(guān)鍵詞:錨桿設(shè)計

        韓吉祥

        (晉能控股煤業(yè)集團長平公司,山西 晉城 048006)

        長平公司2038綜放工作面北部、東部、南部為二盤區(qū)井田邊界,西部為2307綜放工作面(已回采)。巷道標(biāo)高為+716~ +739 mm,蓋山厚度在198~274 m。結(jié)合2308工作面地質(zhì)情況、煤層賦存情況、頂?shù)装逄卣饕约吧a(chǎn)銜接要求,對2308工作面切眼采用大斷面一次成巷工藝[1-5]快速掘進(jìn)。

        1 工程概況

        2038綜放工作面煤層為3#煤層,煤層厚度為5.14 m,普氏硬度為2.7~3.2,煤層傾角最大值為7°,最小值為0°,平均值為2°,具備大斷面一次成巷的地質(zhì)條件。2308切眼設(shè)計長度135 m,從23082巷827.716 m處東幫(F點)開口,按照方位角90°00′00″施工135 m,中線以地質(zhì)測量部所下中線單為準(zhǔn)(巷道沿底掘進(jìn),無腰線)。

        2308切眼巷道凈斷面設(shè)計為3-3正常斷面和加寬4-4斷面,其斷面形狀為矩形,錨桿排距1.0 m。3-3斷面掘進(jìn)斷面面積23.78 m2(寬×高=8.2 m×2.9 m),4-4斷面掘進(jìn)斷面面積為26.68 m2(寬×高=9.2 m×2.9 m),3-3斷面凈斷面面積為22.4 m2(凈寬×高=8.0 m×2.8 m),4-4斷面凈斷面面積為25.2 m2(凈寬×高=9.0 m×2.8 m)。2308綜放工作面切眼布置示意圖如圖1。

        圖1 2308綜放工作面切眼布置示意圖

        2 切眼支護(hù)設(shè)計

        2.1 巷道斷面永久支護(hù)設(shè)計

        2308放頂煤工作面切眼巷道頂板支護(hù)采用高強度錨桿、錨索、菱形網(wǎng)、鋼筋托梁聯(lián)合支護(hù)。錨桿角度均垂直巷道頂板,靠近兩幫的頂角錨桿分別向外傾斜不大于10°;錨固方式為樹脂加長錨固,采用先放一支MSK2335型錨固劑、再放一支MSZ2360型錨固劑錨固;鉆孔直徑30 mm,孔深為2290~2310 mm,錨固長度1208 mm;設(shè)計預(yù)緊力矩為400 N·m,設(shè)計錨固力為190 kN;采用菱形網(wǎng)護(hù)頂,頂上菱形網(wǎng)呈兩排“三花”布置,鏈接點間距不大于200 mm。錨索采用高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,尾部采用配套的高強度鎖具;錨索“4-4”布置,利用8#(10#)鐵絲纏繞鎖具下部的錨索不少于3圈,且兩端與頂網(wǎng)連接起防墜作用。

        2308放頂煤工作面切眼兩幫支護(hù)采用高強度錨桿、玻纖樹脂錨桿、W鋼護(hù)板、塑料網(wǎng)混合支護(hù)。錨桿角度均垂直巷幫施工,頂、底角幫錨桿傾斜角度不大于10°。錨固方式采用樹脂加長錨固,南幫高強度錨桿采用兩支錨固劑,先放一支MSK2335型錨固劑、再放一支MSZ2360型錨固劑,北幫高強度玻纖樹脂錨桿采用一支MSZ2360型錨固劑。鉆孔直徑30 mm,孔深為2290~2310 mm之間,錨固長度1208 mm。高強度錨桿設(shè)計預(yù)緊力矩400 N·m,設(shè)計錨固力190 kN。高強度玻纖樹脂錨桿設(shè)計預(yù)緊力矩56 N·m,設(shè)計錨固力80 kN。2308放頂煤工作面切眼永久支護(hù)布置及參數(shù)如圖2。

        圖2 2308工作面切眼正常段支護(hù)布置及參數(shù)(mm)

        2.2 巷道頂板加強支護(hù)設(shè)計

        頂板加強支護(hù)采用型號為SKP22-1/1720×8300錨索、長1.6 m的兩眼工字鋼或者長2.6 m的三眼工字鋼,錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm高強度矩形可調(diào)心托板及配套鎖具,力學(xué)性能與錨索索體一致。工字鋼規(guī)格及眼數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場實際條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

        根據(jù)巷道頂板情況選擇合適的方式進(jìn)行補強支護(hù),工字鋼錨索補強可滯后工作面迎頭10 m進(jìn)行,補強錨索設(shè)計預(yù)緊力為350 kN。巷道在進(jìn)出構(gòu)造、硐室開口、巷道開口、巷道貫通處5 m范圍及構(gòu)造區(qū)內(nèi)必須進(jìn)行頂板加強支護(hù)。

        2.3 巷道臨時支護(hù)設(shè)計

        臨時支護(hù)采用前探梁臨時支護(hù)、機載式臨時支護(hù)、CMM2-15液壓錨桿鉆車臨時支護(hù)。前探梁臨時支護(hù)工藝流程:永久支護(hù)完成后→前移前探梁吊環(huán)→將前探梁穿入吊環(huán)中→破煤→敲幫問頂、找掉活碳(矸)→確認(rèn)安全后→把已聯(lián)好的網(wǎng)抬到工作面→將網(wǎng)頂起,前移前探梁將網(wǎng)挑住→調(diào)整好排間距使網(wǎng)接頂→聯(lián)網(wǎng)人員站在永久支護(hù)下聯(lián)網(wǎng),并及時進(jìn)行永久支護(hù)。機載式臨時支護(hù)工藝流程:退機→降下截割臂→閉鎖截割頭、停機→敲幫問頂找掉活碳→安全檢查→把網(wǎng)抬到工作面放置在機載式臨時支護(hù)上→開啟機組→啟動臨時支護(hù)將網(wǎng)挑住→調(diào)整好排間距使網(wǎng)接頂→閉鎖掘進(jìn)機、機載式臨時支護(hù)及315開關(guān)→聯(lián)網(wǎng)人員站在永久支護(hù)下聯(lián)網(wǎng),并及時進(jìn)行永久支護(hù)。錨桿鉆車臨時支護(hù)工藝流程:一次割一排,退機、降下截割臂、閉鎖截割頭、停機→敲幫問頂找掉活碳(煤)→安全檢查→開鉆車至工作面→把金屬網(wǎng)抬到工作面放置在錨桿鉆車臨時支護(hù)上→開啟鉆車并操作臨時支護(hù)將網(wǎng)挑住→調(diào)整好排間距使網(wǎng)接頂→閉鎖錨桿鉆車臨時支護(hù)→聯(lián)網(wǎng)人員站在永久支護(hù)下聯(lián)網(wǎng),并及時進(jìn)行永久支護(hù)。錨桿鉆車臨時支護(hù)平面、剖面示意圖,機載臨時支護(hù)平面、剖面示意圖,前探梁臨時支護(hù)平面、剖面示意圖如圖3。

        圖3 2308工作面巷道臨時支護(hù)布置圖(mm)

        3 施工關(guān)鍵技術(shù)及分析

        2308切眼采用一次成巷方式進(jìn)行掘進(jìn),設(shè)計使用一臺EBZ150沿煤層底板掘進(jìn),正常段初次割煤掘進(jìn)寬度為4.5 m,高度為2.9 m,截割完成后進(jìn)行支護(hù)。同時,機組再次刷大掘進(jìn)寬度為3.7 m,高度為2.9 m,達(dá)到切眼寬度。加寬段初次割煤掘進(jìn)寬度為5.5 m,高度為2.9 m,截割完成后進(jìn)行支護(hù)。同時,機組再次割煤掘進(jìn)寬度為3.7 m,高度為2.9 m,全部實現(xiàn)免去人工出煤工作面,提高了生產(chǎn)效率。

        割煤進(jìn)刀方式采用巷道斷面中間頂端進(jìn)刀,截割方式采用縱軸式連續(xù)擺動截割。根據(jù)斷面的大小,巷道在截割過程中采用截割頭由巷道中部頂端進(jìn)刀,最大進(jìn)刀深度0.75 m,然后以0.6~0.8 m的截深在巷道斷面內(nèi)橫向擺動截割,每橫向截割一次,降低0.4~0.7 m,按照截割曲線示意圖以先中間后兩邊的順序連續(xù)擺動截割完成每個循環(huán)進(jìn)度后,修邊成形達(dá)到設(shè)計要求。一次割兩排時,必須先割完一排后再按原先的截割工藝流程截割下一排,這樣既防止受到二次擾動的影響,又保證切眼支護(hù)的穩(wěn)定性。

        切眼在掘進(jìn)過程中,對巷道進(jìn)行實時動態(tài)礦壓觀測,巷道錨桿支護(hù)監(jiān)測分為綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測兩種方式。綜合監(jiān)測的主要內(nèi)容為巷道表面和深部位移、頂板離層、錨桿(錨索)受力狀況,日常監(jiān)測主要內(nèi)容為頂板離層觀測。觀測頻率要求:煤巷、半煤巖巷距掘進(jìn)工作面50 m內(nèi)每天觀測一次,其他每周觀測一次。采煤工作面順槽巷和周邊巷道距綜采工作面100 m內(nèi)每班觀測一次,其他至少每周觀測一次。錨桿受力情況填寫測站中錨桿測力計中最大的值,沒有錨桿的填無。測力讀數(shù)明顯增大時,視情況增加觀測頻次。

        圍巖表面位移監(jiān)測包括頂?shù)装逑鄬σ平?、頂板下沉量、底鼓量、兩幫相對移近量和巷幫位移量。設(shè)計要求一般采用十字布點法安設(shè)測站,每個測站應(yīng)安設(shè)兩個監(jiān)測斷面,監(jiān)測斷面間距應(yīng)不大于2 m,測點應(yīng)安設(shè)牢固,巷道頂板圍巖深部位移觀測范圍不小于巷道跨度的1.5倍。

        測量方法為在C、D之間拉緊測繩,A、B之間拉緊鋼卷尺,測讀AO、AB值;在A、B之間拉緊測繩,C、D之間拉緊鋼卷尺,測讀CO、CD值。測量精度要求達(dá)到1 mm,并估計出0.5 mm。采用卷尺測量監(jiān)測斷面距掘進(jìn)工作面迎頭的距離。煤礦巷道開口、交岔、貫通、應(yīng)力集中、大跨度硐室以及地質(zhì)構(gòu)造影響等區(qū)域必須增設(shè)表面位移監(jiān)測站,每天觀測1次,若有動壓影響需加大觀測頻率,直至巷道穩(wěn)定后可恢復(fù)正常觀測周期。圍巖表面位移測點布置圖如圖4。

        圖4 圍巖表面位移測點布置示意圖

        4 結(jié)語

        2038綜放工作面切眼采用兩次掘進(jìn)一次成巷施工工藝,與傳統(tǒng)掘進(jìn)成巷工藝相比,減少了兩次幫部支護(hù),節(jié)約施工費用約20萬元,縮短施工工期約12 d。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)可知,切眼頂板最大下沉量15 mm,兩幫最大移近量31 mm,現(xiàn)場錨桿、錨索受力均衡。觀測結(jié)果表明,通過采用高強度錨桿、錨索、菱形網(wǎng)、鋼筋托梁聯(lián)合支護(hù)方式能夠有效控制巷道圍巖變形。

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