綜放開采動(dòng)壓影響破碎巷道圍巖加固控制技術(shù)研究

孫占成,劉磊磊,李永明,余 銀

(1.山西大同煤礦集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司,山西大同，037420;2.蒙泰不連溝煤業(yè)公司不連溝煤礦,內(nèi)蒙古鄂爾多斯,100071;3.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院,山西大同037003)

1 不連溝煤礦F6103工作面概況

不連溝煤業(yè)公司不連溝煤礦F6103工作面為綜放工作面,該面輔運(yùn)巷西連6＃煤層輔助運(yùn)輸大巷,東靠井田邊界,南部是未采區(qū),北部是F6104工作面。巷道走向按方位角90°進(jìn)行掘進(jìn)。

該工作面地表為粉砂質(zhì)黃土層,上有植被生長(zhǎng),有少量農(nóng)田。地表標(biāo)高1247～1114 m。東部溝壑發(fā)育,最大沖溝為不連溝、清水溝及分支溝,均斜穿本面。不連溝常年流水,斜穿本面310 m左右,走向NE－SW,溝底最低標(biāo)高為1 114 m(切眼處),6＃煤層最小埋深為152 m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,含夾矸4～7層,多集中在煤層的上部。偽頂:灰黑色炭質(zhì)泥巖,厚度0.3 ～ 0.94 m,賦存不穩(wěn)定,薄層狀結(jié)構(gòu)；直接頂:泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖,灰色,厚度0.0～9.9 m,局部夾炭質(zhì)巖薄層,致密,較堅(jiān)硬；老頂:粗砂巖,厚13.3～16.7 m。在Y0307孔處6＃煤層直接與老頂砂巖接觸。在切眼附近老頂為砂礫巖層。直接底:泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖,厚度 0.5 ～ 6.5 m。

2 F6103工作面輔運(yùn)巷原支護(hù)方式[1-5]

F6103工作面輔助運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)斷面為矩形,巷道掘進(jìn)尺寸:寬×高 ＝5 500×3 600 mm。具體支護(hù)參數(shù)如下:1)錨桿排距1 000 mm,全斷面共布置錨桿14根,其中頂板布置6根錨桿,規(guī)格為?18×2400 mm的等強(qiáng)無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿,頂部錨桿配合H型鋼梁使用;兩幫各布置4根錨桿,兩幫采用規(guī)格為?16×2 000 mm的圓鋼錨桿,幫部錨桿配合木托盤使用，具體支護(hù)方式如圖2所示。

圖1 F6103輔運(yùn)巷原支護(hù)布置圖

2)錨桿支護(hù)附件 ①頂板:采用H型鋼梁配合鋼筋塑料網(wǎng) (在頂板圍巖或煤層狀況較差的時(shí)候可使用鋼筋網(wǎng)代替)護(hù)頂。其中H型鋼梁采用?12 mm圓鋼加工;鋼筋塑料網(wǎng)規(guī)格為:塑料中包覆8股鋼筋,網(wǎng)孔規(guī)格為50×50 mm;鋼筋網(wǎng)規(guī)格:鋼筋直徑為6.5 mm,網(wǎng)孔規(guī)格為100×100 mm;碟形鐵托盤規(guī)格:150×150×8 mm。②幫部:兩幫的錨桿布置與運(yùn)輸巷相同,如圖2所示。煤柱幫采用鋼筋塑料網(wǎng)護(hù)幫,實(shí)體煤幫采用高強(qiáng)塑料網(wǎng)護(hù)幫。其中高強(qiáng)塑料網(wǎng):網(wǎng)孔規(guī)格為50×50 mm,網(wǎng)孔規(guī)格為50×50 mm;鋼筋塑料網(wǎng)中包覆8股鋼筋,網(wǎng)孔規(guī)格50×50 mm;木托盤規(guī)格為500×300×50 mm;開平鐵托盤規(guī)格150×150×8 mm。

3)錨固方式 錨桿采用端頭加長(zhǎng)錨固方式,頂部每根鋼錨桿采用2支規(guī)格為CK2350樹脂錨固劑,幫部錨桿均采用2支規(guī)格為K2350或Z2350樹脂錨固劑。

4)錨索支護(hù) 錨索采用?15.24 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線,錨索長(zhǎng)度為8.0 m,外露長(zhǎng)度200 mm,錨索排距為3.0 m,如圖3所示。即每3排錨桿布置一排錨索,錨索間隔布置每排分別為兩根、三根,每根錨索使用3支Z2350錨固劑錨固,錨索采用配套的專用鎖具。錨索托盤采用規(guī)格為:300×300×14 mm高強(qiáng)托盤,錨索預(yù)緊力不小于120 KN。

圖2 F6103輔運(yùn)巷頂板小孔徑錨索布置圖

3 F6103工作面輔運(yùn)巷圍巖變形特征

不連溝煤礦構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈,導(dǎo)致煤體豎向裂隙發(fā)育、掘進(jìn)頭炸幫現(xiàn)象嚴(yán)重,巷道成形很差。煤層破碎,煤層為薄基巖松軟煤層,一般支護(hù)方式必將造成圍巖的大變形、大范圍破壞,破壞范圍達(dá)1～3 m以上。

F6103工作面輔運(yùn)巷受F6103工作面回采影響后,礦壓顯現(xiàn)更明顯,煤柱幫側(cè)圍巖破碎嚴(yán)重,出現(xiàn)大面積“網(wǎng)兜”。待工作面回采完畢,副幫注漿加固完成后,正幫變形也日益劇烈,因此急需對(duì)正幫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。部分地段巷道實(shí)體煤幫和煤柱幫整體相對(duì)移近量達(dá)1 500 mm。

4 F6103工作面輔運(yùn)巷破碎圍巖控制技術(shù)[6-7]

考慮到圍巖尚有自穩(wěn)能力,采用錨桿(索)補(bǔ)強(qiáng)的手段控制圍巖,控制方案的外觀施工如圖3所示。

圖3 F6103工作面輔運(yùn)巷錨桿補(bǔ)強(qiáng)布置圖

1)必須保證巷道極限跨度≤6 m,不能損害原有錨桿的支護(hù)性能,在此基礎(chǔ)上逐排清理浮煤,緊固原有錨桿,對(duì)已失效錨桿必須重新打設(shè)。

2)浮煤清理后,重新鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng),搭接壓茬(綁扎)良好,網(wǎng)帶緊貼壁面,無(wú)空幫、空頂,塑料網(wǎng)與塑料網(wǎng)相互搭接200 mm,搭接長(zhǎng)度不足200 mm時(shí),需扣扣相聯(lián),聯(lián)網(wǎng)絲采用雙股16#鐵絲,每扣擰2～3圈。

3)在新鋪設(shè)的菱形金屬網(wǎng)上每間隔1排錨桿,補(bǔ)加1個(gè)長(zhǎng)2 262 mm的豎向H型鋼梁,鋼梁的排距為1 000 mm,同時(shí)在H型鋼梁的兩端補(bǔ)打錨桿2根,補(bǔ)打錨桿的間距為2 000 mm,若中部錨桿已損壞,另需補(bǔ)打中部錨桿,如圖4所示。

圖4 F6103工作面輔運(yùn)巷錨桿補(bǔ)強(qiáng)施工圖

4)錨桿支護(hù)附件 H型鋼梁也稱H型梯子梁:?14 mm圓鋼加工,鋼梁長(zhǎng)2 300 mm,長(zhǎng)筋內(nèi)間距35 mm,錨桿限位孔兩側(cè)雙短筋焊接,兩個(gè)限位孔間增加1個(gè)短筋以提高強(qiáng)度，見圖5。碟形鋼托盤:150×150×10 mm。底角錨桿與底板角度為25°,必須從夾矸層上部煤層打入,穿過(guò)夾矸層到達(dá)底部煤(巖)層,同時(shí)底角錨桿必須配合球型鎖具使用。

圖5 H型梯子梁加工圖

5)錨桿錨固方式 錨桿采用加長(zhǎng)端頭錨固方式,每根幫錨桿采用1支規(guī)格為CK2360超快速樹脂藥卷和1支規(guī)格為Z2360中速樹脂藥卷錨固,初步確定錨桿預(yù)緊力矩為100 N·m,采用機(jī)械或力矩扳手上緊錨桿螺母,錨桿錨固力不小于60 KN。

6)錨索支護(hù) 在正幫塑性區(qū)發(fā)展較深或頂板刷幫距離≥800 mm時(shí),需鋪雙層菱形金屬網(wǎng),補(bǔ)打與頂板夾角75°的頂角錨索,錨索規(guī)格為?17.8 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索,錨索長(zhǎng)度為8.0 m,外露長(zhǎng)度不超過(guò)300 mm,錨索預(yù)張力不小于120 KN。每根錨索使用1支CK2360超快速樹脂藥卷和2支規(guī)格為Z2360中速樹脂藥卷錨固。錨索采用配套的專用球型鎖具,錨索托盤采用規(guī)格為:300×300×16 mm鋼板。

7)修巷防護(hù)支架配套使用 整個(gè)修巷過(guò)程中,修巷防護(hù)支架配套使用,注意施工安全,以防不必要的事故發(fā)生。修巷支架架體采用直徑50 mm鋼管焊接,最大高度3 600 mm,最小高度1 800 mm;頂部采用直徑50 mm鋼管,間隔300 mm,做護(hù)頂梁。具體加工時(shí)頂部和腿部可加筋增加其穩(wěn)定性,其結(jié)構(gòu)可模仿建筑用簡(jiǎn)易支架,寬度和長(zhǎng)度視情況具體加工,如圖6所示。

圖6 修巷掩護(hù)架示意圖

5 應(yīng)用效果

在施工過(guò)程中,通過(guò)對(duì)F6103工作面輔運(yùn)巷原有支護(hù)和加固后的頂?shù)装逑鄬?duì)移近量進(jìn)行比較，見圖7。

圖7 原、新支護(hù)巷道頂?shù)装逑鄬?duì)移近量對(duì)比圖

F6103工作面輔運(yùn)巷原有支護(hù),頂?shù)装逑鄬?duì)移近量為172 mm,兩幫相對(duì)移近量為364 mm,隨采動(dòng)影響,相對(duì)變形量將繼續(xù)增加;加固后F6103工作面輔運(yùn)巷,頂?shù)装逑鄬?duì)移近量為70 mm,兩幫相對(duì)移近量為93 mm,變形基本穩(wěn)定。

6 結(jié)論

1)從支護(hù)方案及支護(hù)機(jī)理上,F6103工作面輔運(yùn)巷破碎圍巖采用錨桿(索)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù),充分利用圍巖自身承載能力,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支護(hù),保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

2)該技術(shù)有效控制圍巖大變形,頂?shù)装逑鄬?duì)移近量與兩幫變形量,保證回采期間運(yùn)輸及通風(fēng)對(duì)巷道斷面要求。

3)通過(guò)對(duì)不連溝煤業(yè)公司不連溝煤礦F6103工作面輔運(yùn)巷破碎圍巖合理控制進(jìn)行技術(shù)研究,取得了良好的效果,不僅可降低成本,加快施工速度,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高經(jīng)濟(jì)效益,而且還可確保該工作面在回采期間的安全生產(chǎn)。

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