黃志杰
(太原煤炭氣化(集團(tuán))有限責(zé)任公司,山西 太原 030031)
龍泉礦礦井生產(chǎn)能力400萬(wàn)t/a,采用斜井開(kāi)拓方式,目前主要開(kāi)采C3號(hào)煤層,直接頂煤層厚度為1.94~11.27/5.66 m,巖石特性以砂泥巖為主,水平層理發(fā)育,巷道掘進(jìn)時(shí)頂板容易冒落;老頂?shù)拿簩雍穸葹?.25~8.70/5.66 m,巖石特性以粗粒砂巖為主;直接底煤層厚度為4.02~8.63/7.01 m,巖石特性以高嶺巖為主,老底煤層厚度為1.70~17.20/12.20 m,巖石特性以粗砂巖為主,采用綜合機(jī)械化采煤法開(kāi)采[1]。龍泉礦8125工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,厚度為5.58~8.10 m/6.86 m,純煤平均厚度4.87 m,含4~5層夾矸,矸石厚度為0.21~0.88 m,夾矸巖性多為砂泥巖、高嶺巖,局部煌斑巖侵入,其周?chē)?~10 m內(nèi)部煤發(fā)生變質(zhì)。煤層的傾斜角度為1°~5°/3°,地層的綜合柱狀圖,如圖1所示。
圖1 綜合柱狀圖Fig.1 Synthesis column map
預(yù)計(jì)從盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷往里約102、1 029、1 056 m處,分別見(jiàn)H=2.0 m∠43°的正斷層、d=3.0 m∠78°的巖墻、H=3.6 m∠72°的正斷層,斷層構(gòu)造表見(jiàn)表1。
表1 斷層構(gòu)造Table 1 Fault power structure
采用EBZ260型掘進(jìn)機(jī)根據(jù)架設(shè)的激光指向儀沿煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)施工[2-3]。
巷道施工首先根據(jù)地測(cè)部門(mén)提供的巷道中腰線(xiàn)架設(shè)并調(diào)設(shè)好激光,畫(huà)出巷道掘進(jìn)輪廓線(xiàn),掘進(jìn)機(jī)司機(jī)按照巷道掘進(jìn)輪廓線(xiàn)沿煤層底板進(jìn)行施工,施工通過(guò)見(jiàn)底控頂?shù)那懈罘绞?,先從切眼左?cè)掘?qū)?.4 m達(dá)設(shè)計(jì)位置,撤出皮帶,退出機(jī)組,然后右側(cè)擴(kuò)幫3.6 m,達(dá)到設(shè)計(jì)斷面寬9 m,掘進(jìn)高度控制在3.6~4 m。在進(jìn)行擴(kuò)幫前,必須在5.4 m寬的斷面內(nèi)將單體液壓支柱支護(hù)完畢。
頂板支護(hù)使用MYT-190/240液壓錨桿鉆機(jī)或MQT-130/3.2氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)鉆孔,使用φ28 mm的鉆頭配套六棱組合鉆桿進(jìn)行鉆眼作業(yè);兩幫支護(hù)使用ZQS-50/1.6S氣動(dòng)手持式鉆機(jī),配套2.5 m麻花鉆桿和φ26 mm的鉆頭,或是使用7655氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔,配套2.5 m六棱釬桿和φ28 mm的鉆頭進(jìn)行鉆眼作業(yè)[3-5]。
每向前掘進(jìn)一個(gè)支護(hù)間距(0.9 m)時(shí),停止掘進(jìn),由外向里進(jìn)行永久支護(hù),支護(hù)完成后再繼續(xù)向前截割,進(jìn)入下一循環(huán)。
8125開(kāi)切眼從2125巷右側(cè)幫先擴(kuò)幫施工,按擴(kuò)長(zhǎng)11 m(含頭過(guò)渡支架壁龕寬2 m)×高3.6 m,每擴(kuò)寬0.9 m及時(shí)支護(hù)頂幫,按此循環(huán)擴(kuò)幫至掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)正到切眼巷,開(kāi)口第一排先支護(hù)工字鋼梁,然后按支護(hù)設(shè)計(jì)施工。開(kāi)口擴(kuò)幫超寬處加強(qiáng)錨索支護(hù),超寬0.8 m增加支護(hù)1根錨索,超寬1.6 m增加支護(hù)2根錨索。
對(duì)巷道頂板進(jìn)行一次支護(hù),每排使用4根錨桿壓高強(qiáng)度塑料網(wǎng)進(jìn)行支護(hù),支護(hù)的排距為1.5 m,塑料網(wǎng)孔的規(guī)格為120 mm×120 mm,中部使用2根柔性錨桿,錨桿直徑為18 mm,長(zhǎng)度4 000 mm,配套專(zhuān)用抗扭鋼托盤(pán)支護(hù),托盤(pán)規(guī)格為200 mm×200 mm×12 mm,錨桿外露長(zhǎng)度小于100 mm,預(yù)緊扭矩為400 N·m,如果外露長(zhǎng)度在150 mm以?xún)?nèi),可采用鎖具張拉,配套1塊拱形鋼托盤(pán)和1個(gè)KM22型鎖具,托盤(pán)規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm,預(yù)拉力為160 kN。兩側(cè)使用2根左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿[6-8],錨桿直徑為22 mm,長(zhǎng)度為2 200 mm,錨桿頂部超出螺母10~40 mm,預(yù)緊扭矩為300 N·m。
再對(duì)頂板進(jìn)行二次支護(hù),在相鄰兩排錨桿中間,安裝4根錨桿或使用直徑為6.5 mm的鋼筋網(wǎng)和托梁進(jìn)行支護(hù),鋼筋網(wǎng)孔的規(guī)格為150 mm×150 mm,鋼筋托梁的規(guī)格為直徑14 mm×寬80 mm×長(zhǎng)4 000 mm。兩側(cè)使用2根錨索,錨索的直徑為18 mm,長(zhǎng)度為6 200 mm,安裝時(shí)與巖面垂直,在上方壓拱形鋼托盤(pán),托盤(pán)的規(guī)格為300 m×300 mm×16 mm,錨索超出巖面300 mm,露出鎖具150 mm,預(yù)拉力為160 kN;中間使用2根左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿,錨桿的直徑為22 mm,長(zhǎng)度為2 200 mm,在上方壓蝶型托盤(pán),托盤(pán)的規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm;錨桿頂部超出螺母10~40 mm,預(yù)緊扭矩為300 N·m。巷道頂板的支護(hù)參數(shù)如圖2所示。
圖2 巷道支護(hù)參數(shù)Fig.2 Roadway support parameters
對(duì)巷道兩幫進(jìn)行一次支護(hù),采用金屬錨桿對(duì)煤柱幫進(jìn)行支護(hù),采用玻璃鋼錨桿壓高強(qiáng)度塑料網(wǎng)對(duì)回采幫進(jìn)行支護(hù)[9-10],支護(hù)排距為1.5 m,塑料網(wǎng)孔的規(guī)格為120 mm×120 mm。煤柱幫每排3根右旋全螺紋金屬錨桿,錨桿直徑為18 mm,長(zhǎng)度為2 100 mm,每根錨桿配套蝶型托盤(pán)進(jìn)行支護(hù),托盤(pán)規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm,錨桿頂部超出螺母10~40 mm,預(yù)緊扭矩為200 N·m。回采幫的錨桿布置與煤柱幫錨桿布置方式相同,玻璃鋼錨桿直徑為27 mm,長(zhǎng)度為2 100 mm,配套玻璃鋼圓托盤(pán)進(jìn)行支護(hù),托盤(pán)的規(guī)格為170 mm×40 mm,預(yù)緊扭矩為100 N·m。
再對(duì)兩幫進(jìn)行二次支護(hù),在已支護(hù)的每?jī)膳佩^桿中間,安裝3根錨桿,在上方壓鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)的直徑為6.5 mm,網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm。二次支護(hù)與一次支護(hù)呈“五花眼”形式布置,以消除錨固的盲區(qū),每根錨桿的施工參數(shù)與一次支護(hù)的施工參數(shù)相同。巷幫支護(hù)參數(shù)如圖3所示。
圖3 巷道兩幫支護(hù)參數(shù)Fig.3 Support parameters of roadway sides
在掘進(jìn)過(guò)程中,每間隔50 m,在巷道頂板安裝一個(gè)頂板離層顯示儀,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀(guān)測(cè),得到頂板下沉量變化曲線(xiàn),如圖4所示,在巷道掘進(jìn)前8 d內(nèi),在礦壓影響下頂板處于蠕動(dòng)變形區(qū),出現(xiàn)大幅度下沉,下沉量最大為0.17 m,在掘進(jìn)8~18 d內(nèi),通過(guò)對(duì)頂板的聯(lián)合支護(hù),頂板進(jìn)入變形減弱區(qū),下沉量得到控制,下沉速度降低,下沉量最大為0.24 m,在掘進(jìn)18 d后,支護(hù)作用明顯加強(qiáng),頂板進(jìn)入穩(wěn)定區(qū),下沉速率基本為0。可見(jiàn),在聯(lián)合支護(hù)作用下,沒(méi)有出現(xiàn)支護(hù)失效、頂板離層等現(xiàn)象,確保了支護(hù)效果,提高了巷道圍巖穩(wěn)定性,滿(mǎn)足大斷面快速掘進(jìn)施工要求。
圖4 巷道頂板下沉量變化曲線(xiàn)Fig.4 Subsidence variation curve of roadway roof
針對(duì)龍泉礦在掘進(jìn)過(guò)程中遇大斷面出現(xiàn)的巷道頂板破碎等問(wèn)題,根據(jù)8125工作面的地質(zhì)條件,選擇合理的掘進(jìn)工藝,并對(duì)巷道頂板和兩幫進(jìn)行支護(hù)方案設(shè)計(jì)。
(1)采用一次和二次聯(lián)合支護(hù)方案,提高了頂板的穩(wěn)定性,滿(mǎn)足巷道安全掘進(jìn)的要求。
(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀(guān)測(cè),在巷道掘進(jìn)前8 d內(nèi),頂板處于蠕動(dòng)變形區(qū),出現(xiàn)大幅度下沉,下沉量最大為0.17 m,在掘進(jìn)8~18 d,頂板進(jìn)入變形減弱區(qū),下沉速度降低,下沉量最大為0.24 m,在掘進(jìn)18 d后,頂板進(jìn)入穩(wěn)定區(qū),下沉速率基本為0??梢?jiàn),聯(lián)合支護(hù)作用效果顯著,巷道圍巖穩(wěn)定性得以提高。