綜掘切眼大斷面施工一次成巷的研究與應(yīng)用

鄧紹師

摘要：錨桿支護(hù)大斷面支護(hù)一次成巷的實踐經(jīng)驗，不用二次開幫，避免對頂板的二次破壞。

關(guān)鍵詞：綜掘 大斷面 一次成巷 快速掘進(jìn)

1 概述

綜采液壓支架安裝需要大斷面，傳統(tǒng)的技術(shù)是采用兩次掘進(jìn)成巷，巷道的掘進(jìn)速度慢，同時對頂板造成二次破壞，頂板管理困難，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中顯現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)有的煤層賦存及頂?shù)装逄卣鳎?0-21070切眼掘進(jìn)成功采用了綜掘一次成巷、錨桿、錨索、網(wǎng)、錨梁、點柱聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，實現(xiàn)了巷道的快速掘進(jìn)，并達(dá)到綜采安裝要求，實現(xiàn)了煤巷錨桿支護(hù)快速、經(jīng)濟(jì)、安全可靠的目標(biāo)。

采區(qū)概況：庚20-21070切眼工作面位于二水平庚一采區(qū)東翼中下部，南臨庚20-21050采煤工作面（已開采），北臨庚20-21090采煤工作面（已開采），西臨庚一皮帶下山，東部臨二礦回風(fēng)井庚組保護(hù)煤柱，上部的己組煤未開采。地面標(biāo)高+340～+450m，井下標(biāo)高-409～-450。依據(jù)已揭露的地質(zhì)情況資料分析，局部頂板有裂隙，裂隙可能涌水、涌瓦斯，對掘進(jìn)影響大。該面受小斷層影響，頂板局部滴淋水，底板局部涌水。該掘進(jìn)工作面以斜交斷層為主。局部頂板有裂隙，局部受構(gòu)造影響頂板傾角有變化，巷道起伏不平，對該工作面掘進(jìn)有一定影響。（表1）

2 巷道支護(hù)設(shè)計

2.1 支護(hù)設(shè)計的依據(jù)

根據(jù)庚20 層煤頂?shù)装鍘r性和組合巖梁理論，以及錨網(wǎng)索支護(hù)工藝，歷年來，在本礦掘進(jìn)巷道中做為主動支護(hù)的加固形式，經(jīng)過使用效果較好，并且采用小孔徑錨索和樹脂藥卷配合使用，具有加固深度大、承載能力高、鉆孔效率高、安裝工序簡單等優(yōu)點，在礦井生產(chǎn)中得到較普遍推廣應(yīng)用。為此在此切眼施工中，使用錨桿錨網(wǎng)支護(hù)的同時，配合使用錨梁和錨索。

2.2 支護(hù)形式

2.2.1 臨時支護(hù)

①工作面?zhèn)?根DW25-30/100輕型單體柱進(jìn)行臨時支護(hù)，柱距1.5m，距兩幫各1m。

②工作面機掘切割后進(jìn)行打錨桿支護(hù)作業(yè)時將單體柱按柱距1m打在硬底上，使用水槍給單體柱加壓，柱體升起支撐住錨梁（錨網(wǎng)），然后在可靠的臨時支護(hù)下進(jìn)行永久支護(hù)或其它作業(yè)。

2.2.2 永久支護(hù)

①正常掘進(jìn)時，采取隨掘隨錨的原則，每機掘一個循環(huán)后及時在可靠的臨時支護(hù)下進(jìn)行永久支護(hù)作業(yè)。

②交岔點處或動壓影響較大區(qū)域（或斷層處）采用錨網(wǎng)（錨梁）、錨索聯(lián)合支護(hù)。

2.2.3 特殊支護(hù)

①當(dāng)遇見斷層時，如頂板巖層穩(wěn)定性較好，巖石比較堅硬、層理比較完整時，頂板支護(hù)按正常支護(hù)進(jìn)行施工。

②當(dāng)遇見頂板破碎、挑頂過斷層或頂板容易冒落區(qū)時，采取減小錨桿間排距、加網(wǎng)、補打錨索等加強支護(hù)的措施。

該切眼設(shè)計斷面為矩形，斷面為14.16m2，斷面寬度5.9m，高度2.4m，長度132.5m。該切眼采用炮掘聯(lián)合機掘一次成巷。由錨桿、單體液壓支柱及配合錨索托梁對頂板聯(lián)合支護(hù)。

3 支護(hù)參數(shù)的設(shè)計

3.1 錨桿支護(hù)參數(shù)的確定

按懸吊理論計算：

3.1.1 錨桿長度L

L=L1+L2+L3

式中：L1——錨桿外露長度，mm；

L2——軟弱巖層厚度，可根據(jù)柱狀圖確定，mm；

L3——錨桿伸入穩(wěn)定巖層深度，一般不小于300mm；

錨桿長度L=L1+L2+L3=50+1000+300=1350mm，取L=2200mm。

3.1.2 桿體直徑d

d=L/110

式中：L——錨桿長度，mm；桿體直徑d= L/110=2000/

110=18.18mm，取d=20mm。

3.1.3 錨固力N

可按錨桿桿體的屈服載荷計算N=πd2σ屈/4

式中：σ屈——桿體材料的屈服極限，MPa；

d——桿體直徑，m；

錨固力N=πd2σ屈/4=0.25×3.14×（0.02）2×335×106=105kN。

3.1.4 錨桿間排距

α=■

式中：α——錨桿間排距，m；

Q——錨桿設(shè)計錨固力，一般取8.0t；

H——軟巖厚度取0.3m；

γ——軟弱巖層的容重，一般取2.4t/m3。

α=■=■=2.357m，取錨桿間距1.1m，排距1.1m。

綜合上述計算，根據(jù)歷年來庚組頂板支護(hù)經(jīng)驗，以及庚組頂板L6強度較大且穩(wěn)定性較好，錨桿間排距取1100mm×1100mm；排距在頂板正常情況下（頂板完整、無裂縫、節(jié)理不發(fā)育、無隆聲、無離層時）取1100mm，頂板異常情況下（頂板有隆聲、出現(xiàn)離層、節(jié)理發(fā)育、有裂縫時），取900mm，頂板破碎及過斷層時錨桿間排距取1100mm×900mm并加掛網(wǎng)護(hù)頂。

3.2 錨索支護(hù)參數(shù)的確定

3.2.1 錨固長度La

La≥（fst/πfcs）d1

式中：d1——錨索鋼絞線之徑，mm；

fst——鋼絞線抗拉強度，MPa；

fcs——錨索與錨固劑的設(shè)計粘接強度，按10MPa計算

La≥（fst/πfcs）d1=（1870/3.14×10）×17.8=1060mm，

取錨固長度1.4m>1.06m。

3.2.2 錨索間排距

L/S≥2

式中：L——錨索孔深度，4500-220=4280mm；

S——錨索間距，設(shè)計錨索間距2000mm。

4280/2000=2.14≥2。

3.2.3 錨索錨固力P

P1≥P≥P1/K或P2/K

式中：P——設(shè)計錨索錨固力，200kN；

P1——錨固段錨固劑與孔壁的粘結(jié)力，kN；

P2——錨固段錨固劑與鋼絞線的粘結(jié)力，kN；

K——安全系數(shù)，取2。

綜合上述計算，根據(jù)歷年來庚組頂板支護(hù)經(jīng)驗，錨索間排距取2000mm×2000mm。

3.2.4 施工方法

開口采用炮掘?qū)?.9m，高2.4m巷道，P-30B型耙斗機出貨。EBZ-200型掘進(jìn)機站在庚20-21070切眼下口位置轉(zhuǎn)載出貨，施工30m后拆除耙斗機、拐掘進(jìn)機、鋪設(shè)DSJ80/30×2膠帶運輸機。機掘機掘至設(shè)計位置。

3.2.5 采用錨桿支護(hù)大斷面支護(hù)一次成巷的優(yōu)點

①提高了掘進(jìn)速度，縮短了切眼施工工期。采用大斷面切眼，擴(kuò)幫需二次成巷，重要的是避免了多種工序之間的互相制約和干擾以及所引起的多種不安全因素，加快了安裝速度。

②斷面變形量小，支護(hù)效果好。采用錨網(wǎng)索有效地控制了巷道頂板圍巖的下沉，避免了巷道的重復(fù)翻修，改善了作業(yè)環(huán)境。經(jīng)觀測頂板平均下沉量10mm，底鼓30mm，兩幫相對移進(jìn)量30mm，達(dá)到了設(shè)計和安裝要求。不存在二次恢復(fù)量。為此大大地減少了影響時間，提高了生產(chǎn)效率。

③經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。這種支護(hù)形式比切眼二次開幫節(jié)省了人工費，節(jié)約材料費和人工費約15萬元。減少了繁瑣的勞動工序和大幅度降低了工人的勞動強度。

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