論復(fù)雜條件下掘進(jìn)工作面支護(hù)技術(shù)

雷喜良

摘要：現(xiàn)如今，隨著我國煤礦行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在復(fù)雜條件下掘進(jìn)工作面支護(hù)技術(shù)也越來越關(guān)注。并結(jié)煤礦自身發(fā)展的特點(diǎn)，實(shí)際中煤層埋深逐漸加深，地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，掘進(jìn)任務(wù)又相對(duì)緊張，需在復(fù)雜地質(zhì)條件下快速安全掘進(jìn)。在此背景下，本文對(duì)復(fù)雜條件下支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，形成一套符合復(fù)雜地質(zhì)條件下的支護(hù)技術(shù)，旨在保證復(fù)雜條件下掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜條件；掘進(jìn)工作；支護(hù)技術(shù)

引言

礦井巷道開挖后應(yīng)力重新分布。如果不采取支護(hù)措施，造成圍巖的位移和變形，使生產(chǎn)安全無法得到有效保證。要加強(qiáng)支護(hù)，不僅要實(shí)現(xiàn)保障措施的全面保障，保持巷道的安全。有許多種用于煤礦井下巷道支護(hù)的技術(shù)，而我們通常使用的支護(hù)技術(shù)包括錨桿支護(hù)技術(shù)、砌碹護(hù)技術(shù)，棚式和應(yīng)力控制技術(shù)的支護(hù)技術(shù)。通過在掘進(jìn)之前利用鉆孔向煤體注入壓力水，從而增加煤體水份，增強(qiáng)煤體粘結(jié)性，減少煤塵飛揚(yáng)，并起到釋放瓦斯的作用。

一、復(fù)雜地質(zhì)條件

近年來，錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展非常迅速。不僅顯著提高了巷道支護(hù)效果，降低了支護(hù)成本及勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提高了掘進(jìn)速度。五陽煤礦隨著采深加大，開采強(qiáng)度的提高，巷道圍巖結(jié)構(gòu)及應(yīng)力環(huán)境越來越復(fù)雜，錨網(wǎng)支護(hù)巷道出現(xiàn)大量錨桿、錨索破斷的情況，為巷道的安全使用留下了大量的隱患。由于煤層埋深加深及動(dòng)壓掘進(jìn)作用導(dǎo)致巷道應(yīng)力增加，使巷道出現(xiàn)位移、底鼓、錨桿錨索斷裂的情況。通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集和施工特點(diǎn)表明，在復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)巷道，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜變化，圍巖的結(jié)果也不盡相同，所以掘進(jìn)巷道與圍巖的結(jié)構(gòu)面的夾角、結(jié)構(gòu)面的密度、組合情況以及主應(yīng)力與水平應(yīng)力的方向大小對(duì)圍巖的變形和破壞影響比圍巖本身特征更為重要，同時(shí)也給錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)和支護(hù)效果造成困難。

二、復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道支護(hù)原則

（一）一次支護(hù)到位，有效控制圍巖變形

錨網(wǎng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)技術(shù)，需一次支護(hù)有效控制圍巖變形，盡量不要發(fā)生二次或二次以上重復(fù)施工。一方面是實(shí)現(xiàn)礦井集約高效、安全生產(chǎn)的目標(biāo)，為礦井正常生產(chǎn)保駕護(hù)航，保證巷道長(zhǎng)久使用，不用反復(fù)修復(fù)；另一方面，錨網(wǎng)支護(hù)原理的特點(diǎn)就是圍巖一旦揭露需立即進(jìn)行施工效果最好，如圍巖已發(fā)送離層、破壞再進(jìn)行施工，支護(hù)效果將大打折扣，支護(hù)效果會(huì)受到顯著影響。

（二）“三高一低”原則，提高掘進(jìn)速度

即高強(qiáng)度，高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。在提高錨桿材料強(qiáng)度（如加大錨桿直徑、提高桿體材料的強(qiáng)度、提高材料加工精度），剛度（提高錨桿施加預(yù)應(yīng)力、加長(zhǎng)或全長(zhǎng)進(jìn)行錨固），在保證支護(hù)系統(tǒng)可性的條件下，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。

（三）預(yù)應(yīng)力控制原則，做到真正意義上的主動(dòng)支護(hù)

預(yù)應(yīng)力施加是錨網(wǎng)支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)，是區(qū)分錨網(wǎng)支護(hù)是被動(dòng)支護(hù)還是主動(dòng)支護(hù)的參考標(biāo)準(zhǔn)，只有預(yù)應(yīng)力達(dá)標(biāo)的錨桿支護(hù)才是真正意義上的主動(dòng)支護(hù)，才能充分發(fā)錨網(wǎng)支護(hù)的作用。第一，通過現(xiàn)有技術(shù)給錨桿施加足夠的預(yù)應(yīng)力；第二，通過錨桿配件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，擴(kuò)大錨網(wǎng)支護(hù)預(yù)應(yīng)力的作用范國，提高錨網(wǎng)支護(hù)的整體剛度與完整性。

（四）相互匹配原則，最大限度地發(fā)揮作用

錨桿構(gòu)件需相互匹配，包括托板、螺母、鋼帶、墊片等參數(shù)與力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，共同起到支護(hù)作用，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，從而真正有效地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體作用。

三、復(fù)雜條件下工作面支護(hù)形式

（一）支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及參數(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)支護(hù)方式的設(shè)計(jì)需要考慮到圍巖的自承作用，實(shí)行全封閉支護(hù)方式。經(jīng)過模擬試驗(yàn)確定了支護(hù)參數(shù)。錨索：采用低松弛級(jí)Φ15.3mm，強(qiáng)度級(jí)別為1860MPa的鋼絞線，長(zhǎng)度為8000mm，錨固段長(zhǎng)度1500mm，排距為2.1m。錨桿：選用Φ22mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度2400mm，配備2卷SS600型樹脂藥卷錨固劑與Φ120mm鑄鋼托盤。錨桿的間距如圖1所示，拱部為615mm，幫側(cè)為600mm，底部為700mm，排距均為700mm。噴射混凝土：強(qiáng)度按C20要求進(jìn)行配置，其噴射厚度150mm。網(wǎng)：采用Φ6mm鋼筋來對(duì)其進(jìn)行編制，網(wǎng)格小于150mm×150mm。反底拱：選用U36型鋼支護(hù)，間距為700mm。

（二）注水技術(shù)

沿煤層底板掘進(jìn)時(shí)注水要求：1號(hào)孔沿巷道中心線距頂1300mm，水平夾角0°，上仰20°，打眼深度3200mm；2號(hào)孔距巷道中心線1000mm，距頂1500mm，水平夾角30°，上仰0°，打眼深度3500mm；沿煤層頂板掘進(jìn)時(shí)注水要求：1號(hào)孔沿巷道中心線距頂1200mm，水平夾角0°，上仰15°，打眼深度3100mm；2號(hào)孔距頂1300mm，距巷道中心線1000mm，水平夾角30°，上仰0°，打眼深度3500mm。注水時(shí)封孔器應(yīng)全部塞入孔內(nèi)，防止脹壞封孔器。打孔時(shí)要注意鉆孔質(zhì)量，防止“擴(kuò)孔”造成封孔不嚴(yán)。注水時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意巷幫、頂及鄰孔，發(fā)現(xiàn)煤墻潮濕、滲水或鄰孔出水時(shí)應(yīng)立即停止注水。注水時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意巷幫、頂、鄰孔及瓦斯涌出情況，發(fā)現(xiàn)煤墻及鄰孔滲水或瓦斯涌出量增大時(shí)，應(yīng)立即停止注水，待瓦斯涌出量穩(wěn)定時(shí)再注水，直至注水工作完成。注水時(shí)，班組長(zhǎng)必須現(xiàn)場(chǎng)指揮工作，安監(jiān)員、瓦檢員對(duì)注水工作進(jìn)行監(jiān)督，注水時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水效果情況而定，班組長(zhǎng)對(duì)當(dāng)班的注水工作及效果負(fù)責(zé)，并填寫記錄。隊(duì)干要不定時(shí)的進(jìn)行抽查落實(shí)工作。打設(shè)注水孔使用ZQSJ-90/2.5手持鉆機(jī)、直徑42mm麻花鉆桿，封孔器直徑為38mm，鉆頭直徑43mm。

（三）卸壓方式

沖擊地壓礦井必然有高應(yīng)力存在，一旦圍巖應(yīng)力超過圍巖支護(hù)強(qiáng)度，支護(hù)結(jié)構(gòu)將被壓壞，通過采取卸壓措施將巷道圍巖的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，減少煤巖的沖擊震動(dòng)，改變應(yīng)力分布規(guī)律，使巷道處于低應(yīng)力區(qū)，可有效改善巖體的支護(hù)環(huán)境，增強(qiáng)支護(hù)效果。通過卸壓形成的低應(yīng)力區(qū)能夠吸收沖擊產(chǎn)生的能量，保護(hù)支護(hù)體不被損傷。為克服卸壓對(duì)支護(hù)的破壞，采用對(duì)支護(hù)影響最小的卸壓鉆孔作為常規(guī)卸壓手段，同時(shí)將注水鉆孔封孔深度提高到15m以上，并對(duì)錨桿支護(hù)深度段的3m卸壓鉆孔進(jìn)行水泥封孔。

（四）架棚支護(hù)

如果頂板破碎嚴(yán)重，頂板下沉顯著或大面積冒落，采取上述兩種支護(hù)方式都無法控制住頂板時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況向頂板破碎區(qū)注高分子材料（固幫特加固材料為CM-15，配比為1∶1）進(jìn)行注漿加固，然后結(jié)合頂板情況打設(shè)鋼釬，鋼釬與水平面夾角至少為+15°（鋼釬30～55mm，長(zhǎng)3000mm或6000mm）。如頂板破碎區(qū)使用鋼釬無法起到支護(hù)作用，采取穿梁加打木垛等方法進(jìn)行支護(hù)。穿梁時(shí)無支點(diǎn)，可先打設(shè)錨吊梁進(jìn)行橫擔(dān)，而后進(jìn)行穿梁，錨吊梁根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作情況可選用長(zhǎng)度有4000，4700，5100mm。采取架U29型鋼棚加強(qiáng)支護(hù)，U29型鋼棚要與巷道尺寸相匹配（棚腿長(zhǎng)3700mm，頂梁長(zhǎng)5100mm），棚距暫定為800mm，兩架棚梁之間使用連接桿連接（棚距拉桿可選用長(zhǎng)度有600，800，1000mm），確保棚梁不會(huì)因頂板壓力增大而歪斜。結(jié)合工作面地質(zhì)條件，及時(shí)調(diào)整棚距，確保安全，棚子必須按巷道中線架設(shè)。架棚完畢后及時(shí)安裝頂板離層儀，監(jiān)測(cè)頂板離層量，每天觀測(cè)頂板變化情況，并做好記錄及匯報(bào)工作。

（五）巷幫支護(hù)

切眼老塘側(cè)幫使用金屬菱形網(wǎng)+鋼筋梯子（寬110mm、長(zhǎng)2.5米）+幫錨桿（長(zhǎng)1.8m直徑20mm的右旋等強(qiáng)錨桿）支護(hù)，每孔使用2個(gè)樹脂藥卷，幫錨桿間排距為800mm，每排4根。采面?zhèn)热裘罕诜€(wěn)定，每排可打2～3根玻璃鋼或等強(qiáng)錨桿配合塑料網(wǎng)不使用鋼筋梯子，排距可放大到1.0米。

結(jié)語

在復(fù)雜條件地區(qū)進(jìn)行煤礦開采工作時(shí)難度非常大，因此在復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)進(jìn)行煤礦開采工作時(shí)值得關(guān)注的不僅是煤礦的開采量，還有進(jìn)行煤礦開采時(shí)的安全問題、技術(shù)問題等。復(fù)雜條件下工作面支護(hù)研究成果將進(jìn)一步完善煤礦巷道支護(hù)技術(shù)，滿足礦井安全生產(chǎn)需要，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、有效的目標(biāo)。為解決五陽煤礦復(fù)雜應(yīng)力條件下錨網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)中錨桿、錨索破斷問題提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)用技術(shù)手段，該技術(shù)不僅適合于五陽煤礦，同時(shí)也為全國范圍內(nèi)解決復(fù)雜應(yīng)力條件下錨網(wǎng)支護(hù)體系中錨桿、錨索破斷問題提供參考。總體來看，實(shí)施本項(xiàng)目將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益及投入產(chǎn)出效果。

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