“三軟”松散厚煤層錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

摘要：介紹了大傾角“三軟”松散厚煤層錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)、支護(hù)材料、井下施工工藝等在石炭井焦煤公司使用和推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大傾角松散厚煤層支護(hù)技術(shù) 推廣應(yīng)用

1 煤層基本概況

石炭井焦煤公司是神寧集團(tuán)公司在銀北礦區(qū)的焦煤生產(chǎn)主力礦井，4#煤層平均厚度5.6m，為較穩(wěn)定的厚煤層，復(fù)雜結(jié)構(gòu)，多呈細(xì)線理狀與均一狀，鏡煤內(nèi)生裂隙發(fā)育，其煤巖特征以凝膠化基質(zhì)為主，含絲炭化物質(zhì)較高，礦物雜質(zhì)含量較高，且以浸染狀和與有機(jī)物質(zhì)有聯(lián)系的泥質(zhì)為主，硬度系數(shù)為0.73。煤層厚度由南往北逐漸增大，平均傾角23°，局部?jī)A角達(dá)40°。煤層頂、底板裂隙發(fā)育，較破碎，其老頂、老底砂巖多屬硬脆性的巖石，在外力作用下易碎裂、崩塌；其直接頂、直接底泥巖發(fā)育較多的水平層理具滑面，巖石質(zhì)量劣～中等，巖體完整性屬完整性差～中等完整；硬度系數(shù)基本都小于3，屬軟弱類巖石易沖擊破碎，煤層屬大傾角“三軟”厚煤層。

在石門(mén)揭煤時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)頂部煤層冒落現(xiàn)象，給巷道支護(hù)帶來(lái)很大困難。4號(hào)煤采用分層開(kāi)采方法開(kāi)采上分層時(shí)，上下順槽兩幫變形嚴(yán)重，在回采過(guò)程中必須進(jìn)行刷幫處理才能滿足生產(chǎn)要求。綜放開(kāi)采是一種高效采煤方法，目前綜放開(kāi)采技術(shù)已在我國(guó)煤炭生產(chǎn)企業(yè)大面積推廣使用。石炭井焦煤公司在4號(hào)煤以外的其他厚煤層均采用了這種采煤方法，在4號(hào)煤卻從未嘗試過(guò)綜放開(kāi)采。究其原因，主要是4號(hào)煤節(jié)理裂隙非常發(fā)育，究其原因，主要是4號(hào)煤節(jié)理裂隙非常發(fā)育，全煤巷道的支護(hù)問(wèn)題成為制約該煤層綜放開(kāi)采應(yīng)用的最大技術(shù)難題。

2 試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估

Ⅲ020402綜放工作面位于三水平三、四號(hào)區(qū)內(nèi)。東部為2364采空區(qū)，北部、南部、西部及下伏均為未開(kāi)拓煤巖系地層。工作面距地表垂深約449～520m，地表巖石裸露，地面無(wú)建筑物及保護(hù)物。該工作面布置巷道2條，分別為機(jī)巷和風(fēng)巷，巷道方位角均為326°，機(jī)巷、風(fēng)巷和切眼均布置在4#煤層中，根據(jù)采礦巷道布置設(shè)計(jì)，順槽巷道沿底掘進(jìn)，切眼沿頂板掘進(jìn)。機(jī)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度654m，風(fēng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度677m，切眼長(zhǎng)度113m。

2.1 巷道圍巖巖性和強(qiáng)度。四層煤為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的厚煤層，含八層夾矸，掘進(jìn)范圍內(nèi)煤層沉積穩(wěn)定，從石門(mén)揭露資料分析，由北向南，煤層逐漸變厚，煤層屬于半光亮型，是煉焦煤，平均產(chǎn)狀為：走向146°；傾向236°；傾角23°，平均煤厚為5.6m，煤層普氏硬度為0.73。

煤層直接頂為泥巖，灰黑色，薄層狀，水平層理含植物化石，平均厚度2.6m；老頂為3.0m的粉砂巖，灰黑色，含植物化石及泥質(zhì)結(jié)核，水平層理。

煤層偽底為泥巖，灰黑色，炭質(zhì)光面，性脆，平均厚度0.4m；直接底為5.7m左右的粉砂巖，灰黑色，中厚層狀，含植物化石。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造和圍巖結(jié)構(gòu)。根據(jù)上733運(yùn)石、上720運(yùn)石、所揭露的地質(zhì)資料分析，預(yù)計(jì)該工作面在掘進(jìn)過(guò)程中將揭露DF5所派生的隱伏構(gòu)造。對(duì)掘進(jìn)無(wú)直接影響。

2.3 地應(yīng)力。神寧集團(tuán)石炭井焦煤公司沒(méi)有進(jìn)行過(guò)地應(yīng)力測(cè)量，從掘進(jìn)揭露情況看，隨著采區(qū)向深部延伸，巷道壓力有增大的趨勢(shì)。由于條件不具備，無(wú)法前期進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)測(cè)試，隨后進(jìn)行系統(tǒng)的地質(zhì)力學(xué)測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試分析結(jié)果完善初始設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)原則

①一次支護(hù)原則。錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。一方面，這是礦井實(shí)現(xiàn)高效、安全生產(chǎn)的要求；另一方面，這是錨桿支護(hù)本身的作用原理決定的。②高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過(guò)托板、鋼帶等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，提高錨固體的整體剛度與完整性。③“三高一低”原則。在提高錨桿強(qiáng)度、剛度，保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。④臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則。錨桿支護(hù)系統(tǒng)存在臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度，如果支護(hù)強(qiáng)度與剛度低于臨界值，巷道將長(zhǎng)期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。⑤相互匹配原則。錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。⑥可操作性原則。提供的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的提高。⑦在保證巷道支護(hù)效果和安全程度，技術(shù)上可行、施工上可操作的條件下，做到經(jīng)濟(jì)合理。

4 巷道斷面及支護(hù)參數(shù)選擇

4.1 巷道斷面。通過(guò)對(duì)已掘巷道現(xiàn)有支護(hù)狀況和礦壓顯現(xiàn)情況調(diào)查結(jié)果；機(jī)巷、風(fēng)巷和切眼基本地質(zhì)資料；現(xiàn)有科技成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并對(duì)比類似地質(zhì)條件礦井類似支護(hù)形式巷道變形量，預(yù)計(jì)在保證施工質(zhì)量的前提下巷道在回采期間超前支護(hù)段頂板下沉量在150～200mm左右，兩幫移近量在400mm左右。因此考慮到掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)備尺寸，通風(fēng)要求和巷道圍巖變形預(yù)留量，風(fēng)、機(jī)巷斷面均為半圓拱形斷面，切眼斷面為矩形斷面。

4.2 支護(hù)參數(shù)選擇。錨桿為Φ22mm，長(zhǎng)度2.4m左旋無(wú)縱筋500號(hào)螺紋鋼筋，螺紋長(zhǎng)度150mm，配高強(qiáng)度螺母、調(diào)心球墊及W型鋼護(hù)板，錨固方式：樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固。

網(wǎng)片規(guī)格：采用菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格80×80mm，網(wǎng)片規(guī)格3000×800mm。

錨索形式和規(guī)格：錨索材料為Φ22mm，1×19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度6.3m，樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固。

錨索布置：采用每排兩根和每排一根交錯(cuò)布置，排距700mm。錨索安裝在兩排錨桿間頂板中部，用300×300×16拱形高強(qiáng)錨索托板。

錨索張拉預(yù)緊力：200～250kN。

錨桿預(yù)緊扭矩：螺紋鋼錨桿不低于400N.m。

5 安全技術(shù)措施

錨桿應(yīng)緊跟掘進(jìn)頭及時(shí)支護(hù)，最大空頂距不得超過(guò)0.7m。當(dāng)頂板比較破碎有隨掘隨冒可能時(shí)，應(yīng)采取超前支護(hù)措施。

在掘進(jìn)之前先打超前錨桿，錨桿用直徑22mm左旋無(wú)縱筋500號(hào)螺紋鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度2.4m，鉆孔直徑為30mm，采用一支K2335和兩支Z2360錨固劑全長(zhǎng)錨固，超前角度仰角為15°，每排4根，間距800mm，掘進(jìn)2100mm（三個(gè)循環(huán)）安裝一排（見(jiàn)下圖）。

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5.1 在掘進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，嚴(yán)格控制錨桿眼深度，間排距、錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿安裝推進(jìn)時(shí)間符合規(guī)程要求，并加強(qiáng)錨桿抗拔力的監(jiān)測(cè)。

5.2 掘進(jìn)時(shí)形成的巷幫超寬或片幫超寬時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，可采用補(bǔ)打錨桿的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

5.3 巷道地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)變化程度調(diào)整支護(hù)參數(shù)（加密錨桿和錨索），或采取應(yīng)急措施及時(shí)處理，如采用單體液壓支柱或U型鋼棚等混合支護(hù)。

5.4 試驗(yàn)過(guò)程中，每隔30m在頂板安裝一個(gè)離層指示儀，觀測(cè)圍巖移動(dòng)情況。一旦發(fā)生異?，F(xiàn)象，觀測(cè)人員應(yīng)立即匯報(bào)并采取相應(yīng)措施。

5.5 發(fā)現(xiàn)巷道變形較大，及早采取加固措施。當(dāng)補(bǔ)打錨索、錨桿施工困難時(shí)，可進(jìn)行套U型支架。

6 結(jié)束語(yǔ)

Ⅲ020402在掘進(jìn)期間沒(méi)有發(fā)生片幫及漏頂事故，巷道成形較好，回采期間風(fēng)機(jī)巷變形量控制在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，本支護(hù)技術(shù)取得了較好的效果。

隨著開(kāi)采深度的不斷加大，礦壓日益顯現(xiàn)，加之?dāng)鄬蛹皹?gòu)造日趨復(fù)雜，原有的支護(hù)方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的支護(hù)要求，通過(guò)在020502綜放機(jī)巷過(guò)斷層期間推廣使用以上支護(hù)形式效果也非常明顯，現(xiàn)將該支護(hù)形式已逐漸推廣至所有厚煤層中使用。

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作者簡(jiǎn)介：陳春寧（1974-），男，甘肅禮縣人，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)石炭井焦煤公司生產(chǎn)技術(shù)科副科長(zhǎng)。endprint