回風(fēng)順槽過斷層應(yīng)力區(qū)支護(hù)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

費(fèi)晉華

1 概述

巷道掘進(jìn)過程中經(jīng)常遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造，受構(gòu)造應(yīng)力的影響施工巷道過斷層期間會(huì)出現(xiàn)頂板破碎、局部冒頂現(xiàn)象，這不僅影響著施工巷道掘進(jìn)效率，而且很容易引發(fā)煤礦重大安全事故。

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司位于左云縣小京莊鄉(xiāng)，大同煤田西南，井田面積為19 km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2.40 Mt/a，礦井設(shè)計(jì)開采盤區(qū)為東盤區(qū)、南盤區(qū)和北盤區(qū)，盤區(qū)內(nèi)現(xiàn)開采煤的層為石炭二疊紀(jì)22#煤層，煤層平均厚度為12 m。303回風(fēng)順槽位于井田南盤區(qū)，巷道設(shè)計(jì)長度為3029 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.6 m×3.5 m，巷道從南盤區(qū)皮帶巷開口并沿22#煤層底板平行掘進(jìn)施工，巷道初步支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，巷幫采用單錨桿支護(hù)。截止目前303回風(fēng)順槽已掘進(jìn)728 m。

圖1 南盤區(qū)303工作面布置

303工作面地質(zhì)資料顯示，303回風(fēng)順槽以南存在一條正斷層f11，該斷層落差為0～30 m，傾角為50°～65°，斷層延伸方向與303回風(fēng)順槽掘進(jìn)方向一致，見圖1。f11斷層與303回風(fēng)順槽之間煤柱平均寬度為80 m，由于受該斷層應(yīng)力影響303回風(fēng)順槽掘進(jìn)至620 m處時(shí)頂板出現(xiàn)局部破碎、靠近斷層一側(cè)巷幫片幫嚴(yán)重現(xiàn)象，特別隨著巷道不斷開拓延伸巷道頂板與巷幫之間三角煤柱難以預(yù)留，嚴(yán)重制約著施工巷道掘進(jìn)效率，威脅著煤礦安全生產(chǎn)。為降低斷層應(yīng)力對(duì)巷道圍巖的影響，綜掘一隊(duì)前期施工時(shí)在巷道施工永久支護(hù)的前提下架設(shè)普通工字鋼棚，但是效果不佳。對(duì)此綜掘一隊(duì)通過技術(shù)例會(huì)進(jìn)行探討，決定采用加長錨桿、深孔注漿以及架設(shè)L型工字鋼棚的方法對(duì)巷道頂板及巷幫進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，確保巷道施工安全。

2 深孔注漿+加長錨桿+架設(shè)L型工字鋼梁聯(lián)合支護(hù)方式

2.1 深孔注漿支護(hù)

由于受f11斷層應(yīng)力影響，303回風(fēng)順槽與斷層之間煤巖體破碎嚴(yán)重，從用單一的錨桿支護(hù)無法加強(qiáng)破碎煤巖體的膠結(jié)穩(wěn)定性，所以在巷道支護(hù)前必須保證破碎煤巖體具有一定膠結(jié)穩(wěn)定性，通過研究決定對(duì)303回風(fēng)順槽靠近斷層側(cè)煤壁采用施工深孔并進(jìn)行注漿，具體施工方法如下：

（1）當(dāng)303回風(fēng)順槽施工至600 m處開始在靠近斷層側(cè)煤壁施工注漿鉆孔，鉆孔從頂板沿底板方向依次布置，每排布置三個(gè)鉆孔，鉆孔深度為20 m，直徑為75 mm。

（2）每排鉆孔與巷幫成60°夾角布置，鉆孔間距為1.0 m，第一個(gè)鉆孔距頂板間距為0.8 m，為加強(qiáng)頂板與巷幫之間三角煤柱膠結(jié)穩(wěn)定每排第一個(gè)鉆孔與頂板成45°夾角布置，303回風(fēng)順槽每掘進(jìn)8 m施工一排注漿孔。

（3）注漿孔施工完后采用高壓注漿泵向孔內(nèi)注射凝固液，凝固液采用的是馬麗散與催化劑一定比例的混合液，在注漿過程中發(fā)現(xiàn)凝固液從鉆孔回流或煤壁有凝固液滲出時(shí)停止注漿并及時(shí)封孔。

2.2 加長錨桿支護(hù)

303回風(fēng)順槽巷幫原支護(hù)設(shè)計(jì)采用單錨桿支護(hù)，錨桿長度為2.0 m，而靠近斷層側(cè)巷幫受應(yīng)力影響破碎嚴(yán)重，采用短錨桿支護(hù)效果不明顯、支護(hù)質(zhì)量差，通過研究決定采用加長錨桿配套圓鋼托架進(jìn)行斷層側(cè)煤壁支護(hù)，施工方法如下：

（1）原支護(hù)設(shè)計(jì)中303回風(fēng)順槽巷幫設(shè)計(jì)三排護(hù)幫，為確保支護(hù)安全可靠，通過優(yōu)化后靠近斷層側(cè)煤壁施工四排護(hù)幫，錨桿間距為0.8 m，第一根錨桿距頂板間距為0.5 m，錨桿排距為1.5 m。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)后的巷幫錨桿采用加長左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿長度為3.5 m，直徑為22 mm，每根錨桿配套三根錨固劑，一支MSKC23/35、兩支MSK23/60型。

（3）當(dāng)相鄰三排錨桿施工完后第一排第一根錨桿、第三根錨桿與第二排第一根、第三根錨桿之間采用圓鋼托架相連接，同時(shí)第二排第二根、第四根錨桿與第三排第二根、第四根錨桿同樣采用圓鋼托架相連接，圓鋼托架長度為1.5 m，直徑為18 mm，并成交錯(cuò)式布置。

圖2 303回風(fēng)順槽架設(shè)L型鋼棚斷面

2.3 架設(shè)L型工字鋼棚

原303回風(fēng)順槽過斷層應(yīng)力區(qū)時(shí)架設(shè)普通工字鋼棚，但是該鋼棚只是對(duì)頂板破碎區(qū)起到一定支護(hù)效果，但對(duì)頂板與巷幫之間三角煤柱無法支護(hù)，通過研究決定采用架設(shè)L型鋼棚對(duì)頂板及三角煤住同時(shí)進(jìn)行支護(hù)，施工方法如下：

（1）L型鋼棚主要由底座、棚腿、L型頂梁及橫梁組成，棚腿長度為3.5 m，橫梁長度為1.5 m，棚腿和橫梁主要由11#工字鋼梁制成；L型頂梁兩端長度分別為1.0 m，L型頂梁由寬度為120 mm，厚度為5 mm扁鐵制成，L型頂梁兩端各焊制一個(gè)直徑為25 mm的圓孔。

（2）L型頂梁布置在應(yīng)力區(qū)側(cè)相鄰兩排護(hù)幫之間的三角煤柱處，頂梁布置后在頂板和巷幫處通過頂梁焊接的圓孔各施工一個(gè)長度為2.5 m螺紋鋼錨桿將其固定。

（3）L型頂梁施工完后為確保頂梁安全穩(wěn)定在其下方架設(shè)橫梁，橫梁與巷道平行布置，距巷幫為0.3 m，每根頂梁采用兩根棚腿進(jìn)行支撐，棚腿與頂梁之間采用卡纜固定，相鄰棚腿之間采用兩根防倒拉桿進(jìn)行連接，見圖3。

（4）當(dāng)應(yīng)力區(qū)所有L型鋼棚架設(shè)完后，在棚腿與煤壁之間間隙處填塞長度1.5 m的水泥背板，水泥背板鋪設(shè)后再對(duì)巷幫噴射混凝土。

圖3 303回風(fēng)順槽斷層應(yīng)力區(qū)側(cè)煤壁架設(shè)L型工字鋼梁剖面

3 結(jié)語

山煤集團(tuán)左云長春興煤業(yè)公司綜掘一隊(duì)在施工303回風(fēng)順槽中，為確保施工巷道安全順利通過斷層應(yīng)力區(qū)，采用注漿、施工加長錨桿及架設(shè)L型工字鋼棚的方法對(duì)巷道加強(qiáng)支護(hù)，有效降低了巷道受斷層應(yīng)力的影響，提高了巷道成型率，徹底解決了應(yīng)力區(qū)巷道煤壁及頂板出現(xiàn)破碎難以支護(hù)的難題。

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