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        5316 工作面破碎煤巖體撤架通道及末采支護(hù)技術(shù)

        2022-11-05 10:17:08劉貴云
        山東煤炭科技 2022年10期
        關(guān)鍵詞:錨桿支架

        劉貴云

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦,山西 晉城 048000)

        1 概況

        晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦5316 放頂煤工作面開采3#煤層,煤層平均厚度6.36 m,工作面走向長度為1766 m,傾斜長度196.22 m,傾角為0~8°。直接頂和基本頂為6.22 m 厚砂質(zhì)泥巖,層理發(fā)育,普氏硬度f=4~6,抗壓強(qiáng)度為14.1~48.4 MPa,屬不穩(wěn)定-中等穩(wěn)定頂板。直接底和基本底為13.18 m厚的砂質(zhì)泥巖,層理發(fā)育,局部比較松散,普氏硬度f=4~6,抗壓強(qiáng)度為6.3~34.94 MPa,屬不穩(wěn)定-中等穩(wěn)定底板。

        5316 工作面停采線位置在推進(jìn)度1 427.7 m,機(jī)頭機(jī)尾落差14 m,停采線兩巷位置向里20 m、向外30 m 區(qū)域都已采用錨索吊掛工字鋼補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。目前回采接近尾聲,即將開始進(jìn)行末采,并施工撤架通道,撤架通道寬2.5 m,高2.8 m。由于頂板砂質(zhì)泥巖原生裂隙較為發(fā)育,受工作面超前動(dòng)壓影響,撤架通道區(qū)域的圍巖及煤體松軟破碎,破碎煤巖體影響錨桿錨索支護(hù)強(qiáng)度,影響撤架通道的穩(wěn)定性,需對5316 工作面撤架通道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)研究,確保通道的安全穩(wěn)定,順利撤架。

        2 撤架通道方式選擇

        工作面撤架通道形成有2 種方式:第一種方式是預(yù)先掘出回撤通道,支架直接進(jìn)入通道回撤;第二種方式是在支架推到回撤位置時(shí),通過掘進(jìn)機(jī)割煤,并打設(shè)錨桿、錨索,形成回撤通道[1]。預(yù)先掘出撤架通道具有提前施工、掘進(jìn)與支護(hù)受外界影響因素較小等優(yōu)點(diǎn),但由于在工作面回采過程中要經(jīng)受一次超前支承壓力的影響,超前支承壓力將會使通道在貫通前產(chǎn)生嚴(yán)重變形。采用第二種方式形成的撤架通道,具有不受超前支承壓力影響、圍巖應(yīng)力較小、不用架設(shè)垛式支架等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)撤架通道形成前經(jīng)歷過超前支承壓力的影響,煤巖體比較破碎,掘進(jìn)支護(hù)困難[2-4]。結(jié)合5316 工作面的現(xiàn)場條件,3#煤層頂板原生裂隙發(fā)育,預(yù)先掘出的回撤通道受動(dòng)壓影響將很難維護(hù),撤架時(shí)通道將無法使用且存在較大安全隱患,因此選擇第二種方式。

        3 撤架通道區(qū)域支護(hù)設(shè)計(jì)

        3.1 撤架通道區(qū)域頂部支護(hù)

        (1)通道區(qū)域頂部鋪設(shè)柔性網(wǎng),停架后,全部架后柔性網(wǎng)落地且被壓住不少于1 m(若有局部柔性網(wǎng)未落地可用金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)補(bǔ)網(wǎng))。前梁前端至煤壁段當(dāng)柔性網(wǎng)足夠長時(shí)采用單層金屬網(wǎng),柔性網(wǎng)長度不足時(shí),不足部分采用雙層金屬網(wǎng)。柔性網(wǎng)末端至煤壁之間的金屬網(wǎng)下聯(lián)通長橫向鋼絲繩,間距0.8 m。從柔性網(wǎng)末端至保證通道完成后凈高不小于2.8 m(架前底板至鐵梁的高度),凈寬不小于2.2 m(支架前梁至煤幫單體柱之間的距離)。

        (2)每個(gè)支架前梁上支設(shè)兩根不小于3 m 的工字鋼,工字鋼一頭搭在支架前梁上,搭接長度不少于0.4 m,另一頭緊靠煤幫,梁端支設(shè)單體柱,所有單體柱用防倒繩拴連,柱頭采用防倒皮進(jìn)行防護(hù)。

        (3)通道形成后,每架架間布置1 根頂錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),位置布置在支架架間前梁梁端向外0.3~0.5 m;55#~105#架間距煤壁0.3~0.5 m 額外布置1 根8.4 m 錨索。

        (4)錨索施工參數(shù):8400 mm 錨索,頂錨索眼深為8010~8210 mm,孔徑Φ28 mm;頂錨索預(yù)緊力為269 kN;頂錨索露出錨具外150~400 mm;錨索排間距允許偏差±100 mm;頂錨索與頂板巖面角度為90°,允許偏差±10°。漲拉錨索時(shí),發(fā)現(xiàn)不合格錨索,必須在其附近400 mm 范圍內(nèi)補(bǔ)打一根合格錨索,若因頂板破碎仍不合格,在前梁下打兩根單體柱。如圖1、圖2。

        圖1 撤架通道示意圖(mm)

        圖2 頂部支護(hù)示意圖(mm)

        3.2 撤架通道區(qū)域煤幫支護(hù)

        由于撤架通道處煤巖體破碎,根據(jù)現(xiàn)場煤幫破碎及錨固效果,設(shè)計(jì)兩種煤幫支護(hù)方案:

        (1)煤幫支護(hù)方案一

        通道形成后煤幫鋪設(shè)單層金屬網(wǎng),單網(wǎng)底邊距底板不大于400 mm,煤幫打金屬錨桿進(jìn)行封幫,每架架前布置一根,架間布置一根,呈三花眼布置,錨桿水平間距1.5 m 左右,上排錨桿距頂板0.8~1.0 m,下排錨桿距底板0.8~1.0 m,封幫錨桿預(yù)緊力為162 kN,垂直于煤幫(當(dāng)現(xiàn)場錨桿布置位置不能滿足要求時(shí)可適當(dāng)做出調(diào)整);封幫錨桿最多可墊一塊帶孔木柱帽(為了實(shí)現(xiàn)快速安全封幫,第一組作業(yè)人員提前施工上部錨桿,第二組人員施工底部錨桿,形成三花眼布置方式),施工完成采用板梁或背板進(jìn)行背幫。

        錨桿施工參數(shù):2400 mm 錨桿,鉆孔眼深2290~2350 mm,孔徑Φ30 mm,錨桿露出螺母外10~50 mm,幫錨桿排間距允許偏差±100 mm;幫錨桿與幫部煤體角度為90°,允許偏差±15°。發(fā)現(xiàn)不合格錨桿時(shí),在離原錨桿300 mm 范圍內(nèi)補(bǔ)打合格錨桿,煤幫壓力大時(shí),支架前適當(dāng)縮小錨桿間距,片幫大或煤體酥軟無法施工錨桿時(shí)可補(bǔ)打不小于4.3 m 錨索進(jìn)行封幫。煤幫支護(hù)方案一如圖3。

        圖3 煤幫支護(hù)方案一示意圖(mm)

        (2)煤幫支護(hù)方案二

        當(dāng)煤幫的煤體破碎嚴(yán)重,采用錨桿支護(hù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí),該區(qū)域執(zhí)行封幫支護(hù)方案二:通道形成后煤幫鋪設(shè)單層金屬網(wǎng),單網(wǎng)底邊距底板不大于400 mm,采用雙排4.3 m 錨索進(jìn)行封幫,上排錨索距頂板0.8~1.0 m,下部錨索距底板0.8~1.0 m,錨索間距1.0 m,預(yù)緊力150 kN。若預(yù)緊力仍達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí),煤幫及時(shí)打上貼幫柱用來加強(qiáng)支護(hù)。

        幫錨索的技術(shù)要求:4300 mm 錨索,鉆孔眼深為3910~4110 mm,孔徑Φ28 mm;幫錨索預(yù)緊力為150 kN;幫錨索露出錨具外150~400 mm;幫錨索排間距允許偏差±100 mm;幫錨索與頂板巖面角度為90°,允許偏差±10°。煤幫支護(hù)方案二如圖4。

        圖4 煤幫支護(hù)方案二示意圖(mm)

        (3)煤幫支護(hù)方案選擇

        5316 工作面撤架通道區(qū)域首先選擇支護(hù)方案一進(jìn)行煤幫支護(hù),通過2.4 m 強(qiáng)力金屬錨桿可有效控制巷道煤幫的變形,基本可滿足撤架通道巷幫的安全穩(wěn)定,且相比錨索施工更加快速、便捷、經(jīng)濟(jì)。

        但因巷道圍巖條件存在差異性,部分區(qū)域煤幫受動(dòng)壓影響嚴(yán)重而十分破碎,支護(hù)方案一中的2.4 m金屬錨桿支護(hù)無法有效錨固到完整巖層,存在錨固力不達(dá)標(biāo)、支護(hù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求情況。因此,對于撤架通道煤幫十分破碎區(qū)域,在局部采用支護(hù)方案二進(jìn)行煤幫支護(hù),通過4.3 m 錨索可增加錨固范圍,提高錨固效果,有效控制巷幫破碎煤巖體的變形。

        3.3 機(jī)頭機(jī)尾側(cè)上工字鋼及兩巷超前支護(hù)

        從停架前6~8 刀煤開始至停架時(shí),工作面機(jī)頭在端頭架及排頭1#架頂梁上平行工作面上四根工字鋼,鋼梁尾要頂住煤幫,梁頭需搭在1#排頭架上不少于200 mm;機(jī)尾要在最后至少2 個(gè)排尾架上面平行工作面架設(shè)四根工字鋼梁,鋼梁尾要頂住煤幫,梁頭需搭在149#架上不少于200 mm。停架前6~8刀煤開始上工字鋼,保證停架時(shí)支架上方均勻布置有四根工字鋼,間距750~1000 mm 左右。機(jī)頭機(jī)尾停采線向里20 m、向外30 m 頂板已采用7.4 m 錨索吊掛工字鋼補(bǔ)強(qiáng)。

        4 支護(hù)效果分析

        為了驗(yàn)證撤架通道的支護(hù)效果,對撤架通道錨桿錨索受力、頂板離層、巷道變形量進(jìn)行監(jiān)測。撤架通道內(nèi)錨索受力在324~412 kN 之間,平均受力366 kN;錨桿受力在118~142 kN,平均受力129 kN。錨桿錨索受力均小于破斷載荷,支護(hù)合理。頂板離層儀深部基點(diǎn)最大值為43 mm,淺部基點(diǎn)最大值為18 mm,頂板離層量不大,均在安全的范圍內(nèi)。撤架通道兩幫變形量最大值為118 mm,頂?shù)装逡平孔畲笾禐?8 mm,巷道變形量較小。監(jiān)測數(shù)據(jù)說明該支護(hù)設(shè)計(jì)方案可有效控制撤架通道處破碎煤巖體的變形破壞,維護(hù)撤架通道安全穩(wěn)定,為工作面順利撤架提供了技術(shù)保障。

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