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        漸進(jìn)式掘進(jìn)技術(shù)在托頂煤石門(mén)揭煤中的研究與應(yīng)用

        2022-05-23 02:15:00胡沖
        煤炭與化工 2022年4期
        關(guān)鍵詞:漸進(jìn)式石門(mén)槽鋼

        胡沖

        (冀中能源峰峰集團(tuán) 大淑村礦,河北 邯鄲 056300)

        1 概況

        大淑村礦井井田位于峰峰煤田東北部,地處河北省武安市、磁縣和邯鄲市峰峰礦區(qū)接壤地帶。北部與南部分別以F1 和F14 正斷層構(gòu)成井田的自然邊界,西南與大社礦相鄰,東南與新屯礦相鄰,東西分別以人為邊界為界,標(biāo)高+250.6—-800 m,面積9.75 km2。172402 工作面位于-450 m 水平以上,四采區(qū)淺部,西北為172401 采空區(qū),南東以F14斷層為界,西為設(shè)計(jì)172401 里工作面,東北為設(shè)計(jì)172403 工作面。該工作面下伏174402 工作面。172402 運(yùn)料石門(mén),巷道開(kāi)口層位位于4 號(hào)煤層,+16°起坡揭煤,從距2 號(hào)煤層底板2 m 到摸2 號(hào)煤層頂板期間,托頂煤長(zhǎng)度在30 m 左右,巷道要貼近煤層施工很長(zhǎng)一段時(shí)間。

        2 號(hào)煤層屬于中厚煤層,厚度在6 m 左右,煤層堅(jiān)固系數(shù)0.5 左右,瓦斯吸附性強(qiáng),屬于高瓦斯突出煤層?;夭上锏谰捎妹斁蜻M(jìn),石門(mén)開(kāi)口層位位于2 號(hào)煤層底板下部時(shí),石門(mén)揭煤時(shí),要從巷道頂板揭露煤層底板,穿過(guò)6 m 厚煤層掘到煤層頂板,形成一個(gè)托頂煤掘進(jìn)段,長(zhǎng)度在20~30 m,這個(gè)施工段,對(duì)巷道施工、支護(hù)帶來(lái)較大困難。采用單一U 鋼被動(dòng)支護(hù),頂板易發(fā)生漏冒并引發(fā)瓦斯事故;采用錨網(wǎng)支護(hù),由于上覆煤體松散、本身堅(jiān)固系數(shù)小、自身抗承壓強(qiáng)度低,直接打設(shè)錨桿,會(huì)由于錨桿錨固強(qiáng)度不夠,造成巷道快速變形,嚴(yán)重時(shí)發(fā)生漏冒事故。針對(duì)這一難題,該礦采用“漸進(jìn)式”掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行揭煤。

        2 “漸進(jìn)式”掘進(jìn)施工技術(shù)方案

        2.1 超前加固注漿

        注漿材料為HWJ 超細(xì)水泥漿,從巷道頂板距2 號(hào)煤底板3 m 至摸2 號(hào)煤正常頂板期間,設(shè)計(jì)注漿孔間排距1.0 m×2 m,每排布置注漿孔5 個(gè),孔深6 m,孔徑42 mm,封孔段長(zhǎng)1.2 m。注漿管長(zhǎng)2.5~3.5 m,直徑12.7 mm。注漿孔開(kāi)孔位置布置在巷道頂部輪廓線內(nèi)側(cè)0.3 m 處。設(shè)計(jì)注漿終壓4~6 MPa,漿液有效擴(kuò)散半徑2.0 m。

        2.2 密打超前穿頂錨桿

        每掘進(jìn)1.6 m,在巷道頂板輪廓線處打設(shè)1 排超前錨桿控制頂板,錨桿間距150~200 mm,沿巷道掘進(jìn)方向打設(shè),且與巷道掘進(jìn)坡度呈15°夾角上仰,使超前錨桿形成類似于懸臂梁結(jié)構(gòu),牢牢拖住頂部煤層,使頂板形成安全屏障。超前錨桿采用直徑20 mm,長(zhǎng)度2.4 m 的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿,每根錨桿在端頭注1 支Z2345 型樹(shù)脂藥卷。超前錨桿支護(hù)如圖1 所示。

        圖1 超前錨桿支護(hù)示意Fig.1 Schematic diagram of advance bolt support

        2.3 小循環(huán)漸進(jìn)式掘進(jìn)

        在超長(zhǎng)注漿和密打管縫錨桿2 層安全屏障下,進(jìn)行長(zhǎng)加固、短掘進(jìn),小循環(huán)漸進(jìn)式揭煤。超前注漿6 m,管縫錨桿2.4 m,但每一小循環(huán)只允許掘進(jìn)0.8 m,如此循環(huán)依次掘進(jìn)。

        2.4 錨桿、錨索+槽鋼耦合支護(hù)

        (1) 錨桿參數(shù)。全斷面打設(shè)錨桿,使用長(zhǎng)2.4 m、直徑20 mm 的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼,螺母扭矩不小于140 N·m,抗拉拔力100 kN,錨桿露出螺母長(zhǎng)度10~50 mm,錨桿間排距700 mm×800 mm。

        (2) 錨索參數(shù)。采用規(guī)格5~11 m 的錨索,保證錨索能夠穿過(guò)煤層,錨入煤層上方堅(jiān)硬頂板中,使巷道形成主動(dòng)支撐。當(dāng)172402 運(yùn)料石門(mén)頂板距2 號(hào)煤底板>8 m 時(shí),錨索為直徑21.6 mm、長(zhǎng)度7.5 m 的鋼絞線;當(dāng)172402 運(yùn)料石門(mén)頂板距2號(hào)煤底板5~8 m 時(shí),錨索為直徑21.6 mm、長(zhǎng)度5 m 的鋼絞線;172402 運(yùn)料石門(mén)頂板距2 號(hào)煤底板3~5 m 時(shí),錨索為直徑21.6 mm、長(zhǎng)度11 m 的鋼絞線。當(dāng)172402 運(yùn)料石門(mén)頂板距2 號(hào)煤底板<3 m時(shí),錨索為直徑21.6 mm、長(zhǎng)度10 mm 的鋼絞線。

        錨索間距1.4 m×1.6 m(距煤層底板小于3 m時(shí),排距改為0.8 m),每排打設(shè)5 根,中間3 根布置在槽鋼上,在距槽鋼端頭錨索1.4 m 處各打設(shè)1條錨索。每根錨索注1 支CK2345 型樹(shù)脂藥卷和2支Z2345 型樹(shù)脂藥卷,超快藥卷布置在端頭,其次為中速藥卷。錨索預(yù)緊力不小于150 kN,錨固力不小于200 kN。錨索托盤(pán)為鋼托盤(pán),布置在槽鋼上的錨索托盤(pán)規(guī)格為長(zhǎng)×寬×厚=120 mm×120 mm×16 mm,單獨(dú)打設(shè)錨索托盤(pán)規(guī)格為長(zhǎng)×寬×厚=300 mm×300 mm×16 mm,錨索外露長(zhǎng)度150~250 mm。

        (3) 槽鋼參數(shù)。槽鋼材質(zhì)為16 號(hào)熱軋普通槽鋼,每條槽鋼長(zhǎng)4.0 m,槽鋼上布置3 條錨索,均勻布置在槽鋼中線及兩側(cè),錨索間距1.4 m,排距1.6 m。當(dāng)巷道頂板距大煤底板小于3 m 時(shí),槽鋼排距縮至0.8 m。

        巷道支護(hù)斷面如圖2 所示,錨索遞進(jìn)式打設(shè)布局如圖3 所示。

        圖2 巷道支護(hù)斷面示意Fig.2 Schematic diagram of roadway support section

        圖3 錨索遞進(jìn)式打設(shè)示意Fig.3 Schematic diagram of anchor cable progressive setting

        3 圍巖變形監(jiān)測(cè)

        3.1 錨桿、錨索受力情況

        初始打設(shè)時(shí),錨桿、錨索均達(dá)到設(shè)計(jì)錨固力要求,在172402 運(yùn)料石門(mén)施工完成后3 個(gè)月內(nèi),僅有1 根錨索失效,符合設(shè)計(jì)要求。

        3.2 頂?shù)装寮皟蓭鸵平勘O(jiān)測(cè)

        在巷道內(nèi)每間隔5 m 建立1 個(gè)測(cè)站,共建5 個(gè)測(cè)站。3 個(gè)月內(nèi)巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)表1。

        表1 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)情況Table 1 Deformation monitoring of roadway surrounding rock

        從測(cè)試的數(shù)據(jù)可知,巷道位移最大變形量為30 mm,變形量在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi),且巷道頂幫無(wú)開(kāi)裂,巷道支護(hù)效果良好。

        4 效益分析

        (1) 經(jīng)濟(jì)效益。采用傳統(tǒng)的密排U 鋼支護(hù),每米成本在7000 元左右,費(fèi)用為21 萬(wàn)元。采用漸進(jìn)式掘進(jìn)技術(shù),使用超細(xì)水泥和超前錨桿,加上錨網(wǎng)支護(hù)費(fèi)用,每米在4500 元左右,按石門(mén)揭煤長(zhǎng)度30 m,費(fèi)用在13.5 萬(wàn)元,可節(jié)省材料費(fèi)用7.5萬(wàn)元。

        (2) 社會(huì)效益。巷道為+16°起坡進(jìn)行揭煤,采用傳統(tǒng)的U36 鋼支護(hù),大坡度掘進(jìn)時(shí),架設(shè)U鋼非常困難,容易砸傷、磕傷作業(yè)人員;使用漸進(jìn)式掘進(jìn)支護(hù)方式支護(hù)頂板,采用錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù),工藝簡(jiǎn)單、可靠,可快速、安全實(shí)現(xiàn)石門(mén)揭煤。

        5 結(jié) 論

        (1) 使用漸進(jìn)式掘進(jìn)技術(shù),水泥漿液充填煤體裂隙,水泥漿與煤體粘合成一個(gè)整體,形成強(qiáng)度較高的承壓曾,增強(qiáng)了其抗彎、抗剪、抗沖能力。

        (2) 漸進(jìn)式掘進(jìn)技術(shù),長(zhǎng)短錨遞進(jìn)式布置,錨索均錨入巖層堅(jiān)硬頂板不小于1.5 m,將托煤段牢固的吊到穩(wěn)定巖層上。

        (3) 漸進(jìn)式掘進(jìn)技術(shù),長(zhǎng)加固,短掘進(jìn),保證每個(gè)小循環(huán)均在安全的掩護(hù)下掘進(jìn),杜絕了托煤期間頂板煤體漏冒現(xiàn)象的發(fā)生。

        (4) 該技術(shù)施工工藝比傳統(tǒng)的U 鋼支護(hù),施工進(jìn)度快,且為主動(dòng)支護(hù),施工效果良好,在該礦幾處揭煤中均成功應(yīng)用,值得推廣。

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