掘進工作面幫頂控制

鞏賀+趙偉

摘 要：隨著國家對安全工作的重視程度不斷增加，維護掘進工作的安全，減少和有效避免施工事故的發(fā)生成為人們關(guān)注的重點。有效的掘進工作面幫頂控制，可以切實提升采、掘、修工作面的幫頂管理效率，尤其在特殊地質(zhì)條件下，掘進工作面幫頂更加難以控制，斷層區(qū)域、高瓦斯區(qū)等都是造成掘進工作面幫頂事故發(fā)生的主要原因，本文通過分析煤（巖）層賦存特征，對巷道支護參數(shù)進行設(shè)計，并實時監(jiān)控幫頂變化情況，并對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析，最終實現(xiàn)礦井的安全掘進。

關(guān)鍵詞：掘進工作面；煤層；頂板

中圖分類號：TD63文獻標識碼：A

一、煤（巖）層賦存特征

該掘進工作面處于高瓦斯區(qū)有突出危險，沿二2煤層煤層頂板掘進，井下標高為-686～-750m，巷道總體上煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤類以貧煤為主，全區(qū)可采，煤層總體上走向近東西、傾向北。煤層產(chǎn)狀從資料分析有較大變化，可能發(fā)育未知斷層發(fā)育。煤層傾角為-2°，煤層厚度2.0～2.6m，平均厚度2.3m。詳情見表1。

二、支護參數(shù)設(shè)計

（一）按懸吊理論設(shè)計錨桿支護參數(shù)

在層狀巖層中開挖的巷道，頂板巖層的滑移與分離可能導致頂板的破碎直到冒落；在節(jié)理裂隙發(fā)育的巷道中，松脫巖塊的冒落可能造成對生產(chǎn)的威脅；在軟弱巖層中開挖的巷道，圍巖破碎帶內(nèi)不穩(wěn)定巖塊在自重作用下也可能發(fā)生冒落。如果錨桿加固系統(tǒng)能夠提供足夠的支護阻力將松脫頂板或危巖懸吊在穩(wěn)定巖層中，就能保證巷道圍巖的穩(wěn)定。巷道設(shè)計為凈寬4600mm、凈高3400mm。

1.頂錨桿支護參數(shù)設(shè)計

（1）錨桿長度計算：

L=K·H+L1+L2

式中：

L--錨桿長度（m）；

H--不穩(wěn)定巖層厚度（m），其中：H==7÷（2×5）=0.7，式中：B--巷道開掘?qū)挾?，?m（切眼寬度），f--巖石堅固性系數(shù)，取5；

L1--錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，一般取0.5m；

L2--錨桿在巷道中的外露長度，一般取0.1m；

K--安全系數(shù)，一般取2；

則：L=2×0.7+0.5+0.1=2m

2.幫錨桿通過類比法合理選擇支護參數(shù)

兩幫錨桿采用無縱肋螺紋鋼式錨桿，間排距均為700mm×700mm，亦符合要求。

（二）按（錨桿+錨索）組合梁懸吊理論設(shè)計錨索的間距

根據(jù)地質(zhì)鉆孔柱狀分析，直接頂為泥巖無堅硬巖層，為防止巷道頂板巖層發(fā)生大面積整體跨落，用Φ17.8mm×8000mm的鋼絞線，將錨桿加固的"組合梁"整體懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距，冒落方式按最嚴重的冒落高度考慮，此時，靠巷道兩幫的角錨桿和錨索一起發(fā)揮懸吊作用，在忽略巖體粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可用下式計算錨索間距。

式中：L-錨索間距；

B-巷道最大冒落寬度；

H-巷道冒落高度，取1.7m；

-巖體容重，25.48kN/m3；

L1-錨桿排距，0.7m ；

F1-錨桿錨固力，100kN；

F2-錨索極限承載力，取320kN；

θ-角錨桿與巷道頂板的夾角，75°；

n-錨索排數(shù)，取1；

所以設(shè)計錨索間排距為1.4×1.4m排距均小于5m。

三、幫頂觀測

用ML-20（T）C錨桿拉力計、MC0-300扭力矩扳手對錨桿的錨固力，實施抽查檢測，用MQ18-200/40型錨索張拉機具對錨索荷載實施檢測。用LBY-3型頂板離層儀觀察頂板位移量，在頂幫設(shè)標記觀察點，用鋼尺實測量巷道表面位移，即頂?shù)装搴蛢蓭鸵平?。詳情見?。

表2.礦壓觀測內(nèi)容表

序號

觀察項目

觀察目的

觀察方法

1

巷道淺部頂板移近量

頂層0～1.8m煤層及巖層變化量

觀察淺層離層儀讀數(shù)

2

巷道深部頂板移近量

頂層1.8～6m頂板變化情況

觀察深層離層儀讀數(shù)

3

兩幫相對移近量

兩幫移近量

在標記點間用皮尺量

4

錨索載荷

是否達到設(shè)計要求

使用MS15-230/55機具

5

幫錨桿錨固力

是否達到設(shè)計要求

用ML-20（T）C錨桿拉力計

三、觀測方法：

工作面掘進至50m后，開始布置測站，測站間距100m，誤差不超過10m，共設(shè)15個測站。每個測站設(shè)置一個觀測斷面，在觀測斷面的巷道正頂安裝一個LBY-3型頂板離層儀，觀察并記錄離層儀的初始讀數(shù)，安裝好后1個月內(nèi)每天觀測記錄1次，待穩(wěn)定后每周觀測記錄1次；在安裝頂板離層儀位置的巷道兩幫各標記1個觀察點，用皮尺分別測量兩幫距頂板離層儀垂線的距離，觀察并記錄初始讀數(shù)，之后每10天測量1次數(shù)據(jù)；用ML-20（T）C錨桿拉力計、MC0-300扭力矩扳手、MQ18-200/40型錨索張拉機具分別對錨桿的錨固力、扭矩力、錨索載荷實施抽查檢測。

此巷道通過對多個測站所有數(shù)據(jù)綜合進行分析，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，實時監(jiān)控幫頂變化情況，從而保證該巷道支護質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 康紅普. 煤巷錨桿支護成套技術(shù)研究與實踐[J]. 巖石力學與工程學報. 2005（21）

[2] 陳蘇社. 大柳塔煤礦跨大巷無腿立交新技術(shù)試驗研究[J]. 煤炭工程. 2013（06）

[3]王雪；礦井掘進面空氣環(huán)境的局部降溫系統(tǒng)與裝置的研究[D]；武漢紡織大學；2013年