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        8803 軌道順槽二合頂支護(hù)技術(shù)研究

        2022-09-14 09:01:06呂高磊
        山東煤炭科技 2022年8期
        關(guān)鍵詞:離層巖層受力

        姜 華 呂高磊

        (1.山東新查莊礦業(yè)有限責(zé)任公司,山東 肥城 271612;2.山東科技大學(xué),山東 青島 266000)

        1 概況

        查莊煤礦八層煤厚1.50~2.5 m,均厚2.1 m,煤層上部含褐黑色炭質(zhì)細(xì)砂巖夾石,厚度0~0.60 m,均厚0.3 m,屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度穩(wěn)定的中厚煤層。該煤層直接頂板為第四層石灰?guī)r,厚度4.13~5.63 m,均厚約5.2 m,含薄層狀泥質(zhì)粉砂巖,裂隙較為發(fā)育。八層煤直接頂板與煤層之間分布著一層厚0~1.0 m石灰?guī)r“二合頂”,與直接頂離層明顯,兩者之間夾有1~5 cm 煤線,在開始揭露及回柱過程中極易脫落,必須采取針對性的技術(shù)措施[1-5]。

        2 基于懸吊理論的參數(shù)計算

        巷道開挖后,圍巖原有的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破,直接頂板彎曲下沉,容易發(fā)生冒頂事故。懸吊理論就是通過錨桿等支護(hù)措施,將破碎、松動的巖層懸吊到深部穩(wěn)定巖層。以二合頂厚度0.5 m 為例,計算支護(hù)參數(shù)如下:

        (1)錨桿長度計算

        式中:L為錨桿長度,m;H為二合頂厚度,0.5 m;K為安全系數(shù),取K=1.5;L1為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度,取0.6 m;L2為錨桿在巷道中的外露長度,一般取0.15 m。則L=1.5 m,采用規(guī)格為Φ18 mm×L1600 mm 的螺紋錨桿符合支護(hù)要求。

        (2)錨桿間距、排距計算

        式中:a為錨桿間排距,m;Q為錨桿設(shè)計錨固力,每根64 kN;H為二合頂高度,m;R為被懸吊巖層的重力密度,取24.99 kN/m3;K為安全系數(shù),取K=1.5。

        根據(jù)以上計算,支護(hù)方案的間排距設(shè)為1200 mm×1500 mm,符合支護(hù)要求。

        3 二合頂支護(hù)方案

        3.1 臨時支護(hù)方案

        工作面一旦揭露二合頂,應(yīng)先進(jìn)行臨時支護(hù),保證安全后再順著裂隙、層理確定二合頂范圍,不得硬刨強(qiáng)挖。臨時支護(hù)采用3 根前探支架臨時護(hù)頂。前探支架采用15 kg/m 鋼軌作挑梁,長度不少于4.0 m,相鄰兩根前探梁間距1.2 m(±100 mm)。前探支架采用40T 型刮板輸送機(jī)鏈條、聯(lián)接環(huán)和螺絲聯(lián)接,用木楔加緊,吊掛前探支架的棚子必須背頂幫牢固,撐木齊全有效,每根前探梁固定點不少于3 個。梁以上采用8 根木棒接頂,并用木楔打牢,控制前探部分頂板。木棒規(guī)格為長×寬×厚=1200 mm×60 mm×40 mm。

        3.2 永久支護(hù)方案

        根據(jù)揭露二合頂?shù)暮穸?,采取不同的處理方式:如遇厚度小?.5 m 的二合頂時,進(jìn)行強(qiáng)制放頂;如無法進(jìn)行放頂時或二合頂厚度大于0.5 m,則采取必要的永久支護(hù),保證頂板穩(wěn)定以及巷道的正常使用。支護(hù)設(shè)計圖如圖1。

        圖1 支護(hù)設(shè)計圖(mm)

        (1)當(dāng)頂板揭露二合頂,且二合頂裂隙不明顯,邊緣部分無風(fēng)化、不破碎,便于錨桿、錨索支護(hù)時,采取以下支護(hù)方式:二合頂厚度小于0.5 m 時,在其預(yù)留茬處打錨桿支護(hù),Φ18 mm×L1600 mm螺紋鋼錨桿,每排4 根,間排距為1200 mm×1500 mm,木托盤規(guī)格為300 mm×180 mm×40 mm;如果二合頂大于0.5 m,采用Φ18 mm×L1800 mm 螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù),每排布置4 根,間排距為1000 mm×1200 mm。錨桿根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當(dāng)加長,以確保錨桿錨入穩(wěn)定巖層的長度不小于0.6 m。每根錨桿用2 塊樹脂錨固劑錨固,預(yù)緊力矩為200 N·m,錨固力為64 kN(17.9 MPa)。

        (2)當(dāng)揭露二合頂情況較為復(fù)雜,二合頂邊緣風(fēng)化且破碎,不利于維護(hù)時,采用架棚支護(hù)。棚子采用礦用11#工字鋼成品梯形棚,規(guī)格為棚腿×棚頂×棚腿=2.5 m×3.4 m×2.5 m,棚距0.8 m,背頂棒8 根,背幫棒每側(cè)2 根,撐棒每側(cè)2 根。

        4 支護(hù)效果監(jiān)測

        4.1 二合頂離層情況監(jiān)測

        通過安裝圍巖移動傳感器,監(jiān)測二合頂范圍內(nèi)頂板離層情況,監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2。

        圖2 不同厚度二合頂離層曲線

        4.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況監(jiān)測

        采用錨桿應(yīng)力傳感器監(jiān)測錨桿受力情況,確定錨桿是否正常工作,判斷是否需要增強(qiáng)支護(hù)措施,監(jiān)測結(jié)果如圖3。

        圖3 不同錨桿監(jiān)測點受力變化曲線

        4.3 監(jiān)測結(jié)果分析

        通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):在采取設(shè)計的支護(hù)措施后,頂板變形量控制在設(shè)計范圍之內(nèi),頂板保持穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)受力正常,支護(hù)方案有效地控制了圍巖變形。

        5 結(jié)論

        (1)采用前探支架臨時支護(hù)的方案,在二合頂初次揭露時及時控制頂板離層,為打設(shè)永久支護(hù)提供條件。

        (2)永久支護(hù)采用Φ18 mm×L1600 mm 錨桿,間排距1200 mm×1500 mm,根據(jù)二合頂厚度適當(dāng)調(diào)整錨桿長度及間排距,確保錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度不小于0.6 m。

        (3)實時監(jiān)測證明,支護(hù)方案有效控制了頂板變形,保障了安全生產(chǎn),提高了經(jīng)濟(jì)效益。

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