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      煤巷掘進(jìn)斷層帶頂板變形控制措施效果分析

      2018-07-30 02:20:14薛少峰
      江西煤炭科技 2018年3期
      關(guān)鍵詞:鋼棚錨索斷層

      薛少峰

      (山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 孝義 032300)

      1 概述

      山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司位于孝義市西南,礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為0.9 Mt/a,服務(wù)年限為25.2 a,井田內(nèi)分三個采區(qū),目前回采煤層為2#煤層一采區(qū)。

      2110巷位于一采區(qū)北翼,服務(wù)于2110首采工作面,巷道以東為實(shí)煤區(qū)、以南為采區(qū)三條大巷(一采區(qū)回風(fēng)巷、一采區(qū)軌道巷、一采區(qū)運(yùn)輸巷),巷道以西為實(shí)煤區(qū)。2110巷設(shè)計長度為為1750 m,沿2#煤層底板平行掘進(jìn),2110巷為矩形斷面,斷面規(guī)格為寬×高=4.0 m×2.6 m,掘進(jìn)工作面煤層平均厚度為1.52 m,半煤巖巷掘進(jìn)。2110巷直接頂炭質(zhì)泥巖為主,平均厚度為4.7 m,該巖石層發(fā)育不穩(wěn)定,易破碎;基本頂主要以砂質(zhì)泥巖為主,平均厚度為5.4 m,在直接頂與基本頂交界處含一層1#煤層(不可采),平均厚度為0.63 m,截至目前2110巷已掘進(jìn)完成。

      根據(jù)正令煤礦地測科提供資料顯示,2110巷在掘進(jìn)至1740 m處揭露一條F10-c2正斷層,斷層落差為2.3 m,傾角為33°,巷道在掘進(jìn)至斷層帶附近時受構(gòu)造應(yīng)力影響,巷道頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象。隨著時間推移,F(xiàn)10-c2斷層帶附近頂板壓力越來越大,2110巷出現(xiàn)頂板下沉、煤壁片幫等巷道變形現(xiàn)象,巷道最大移近量達(dá)0.45 m,嚴(yán)重威脅著工作面回采安全。對此正令煤礦通過技術(shù)研究,分析了斷層帶處頂板支護(hù)設(shè)計及存在的問題,并提出了合理有效的巷道變形控制措施。

      2 F10-c2斷層帶處頂板支護(hù)設(shè)計及問題分析

      2.1 F10-c2斷層帶處巷道原支護(hù)設(shè)計

      (1)頂板支護(hù):巷道頂板采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),頂錨桿采用的是Φ20 mm×2200 mm螺紋鋼錨桿,每排施工5根,間排距為0.9 m×1.0 m;頂錨索采用的是Φ17.8 mm×6000 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線,每排施工2根,間排距為:2.0 m×3.0 m。

      (2)護(hù)幫支護(hù):巷道兩幫采用單錨桿支護(hù),共計施工3排護(hù)幫,護(hù)幫間排距為1.0 m×1.0 m,第一排護(hù)幫距頂板0.3 m,護(hù)幫錨桿外露端采用規(guī)格為長×寬×厚=0.45 m×0.25 m×0.04 m短鋼帶進(jìn)行預(yù)緊。

      (3)頂板及護(hù)幫每根錨桿配套使用一支MSZ23/60型錨固劑,每根錨索配套使用一支MSZ23/60型及一支MSK23/35型錨固劑;所有錨桿外露端長度為10~30 mm,錨索外露長度為150~250 mm。

      2.2 原支護(hù)設(shè)計在斷層應(yīng)力區(qū)中存在問題

      (1)通過對2110巷斷層破碎區(qū)頂板施工離層觀測孔發(fā)現(xiàn),巷道頂板破碎區(qū)域集中在頂板往上1.8 m范圍內(nèi),巖石成破碎狀態(tài),膠結(jié)穩(wěn)定性差,而原支護(hù)設(shè)計中頂板采用的錨桿長度為2.0 m,錨桿錨固端處于破碎巖層內(nèi),錨桿錨固質(zhì)量差,隨著頂板巖層不斷破碎,錨桿出現(xiàn)錨固失效現(xiàn)象。

      (2)原支護(hù)設(shè)計中頂板錨索長度為6.0 m,錨索錨固長度為0.95 m,錨索錨固端主要位于基本頂與直接頂之間,且中間夾雜一層薄煤層,受外力影響薄煤層處易出現(xiàn)離層現(xiàn)象,從而造成錨固質(zhì)量降低,很容易出現(xiàn)錨固失效現(xiàn)象。

      (3)錨桿、錨索主要通過對整體巖塊進(jìn)行懸吊作用,從而達(dá)到支護(hù)目的,而2110巷受F10-c2斷層影響,頂板完成成破碎狀態(tài),嚴(yán)重破壞了頂板巖層整體性,錨桿(索)支護(hù)無法實(shí)現(xiàn)整體巖層懸吊維護(hù)作用。

      (4)由于F10-c2斷層距2110切巷距離僅為10 m,切巷寬度較大、暴露時間長,在切巷前方15 m范圍內(nèi)產(chǎn)生超前支撐應(yīng)力集中現(xiàn)象,斷層處頂板壓力加大,加快了巷道頂板變形、破碎速度,僅采用單一的錨桿、錨索支護(hù)不能滿足支護(hù)要求。

      3 斷層處巷道頂板變形控制措施

      為了進(jìn)一步提高斷層帶處頂板穩(wěn)定性,正令煤礦通過技術(shù)研究,決定對F10-c2斷層帶采取“注漿+人工假頂+鋼棚”聯(lián)合支護(hù)措施。

      3.1 注漿施工

      (1)當(dāng)巷道掘進(jìn)至斷層破碎帶區(qū)域時,在工作面距頂板1.0 m施工3個注漿鉆孔,鉆孔間距為1.5 m,鉆孔深度為5.0 m,鉆孔與工作面成20°夾角布置,兩側(cè)鉆孔與巷幫成30°夾角布置,見圖1。

      (2)鉆孔施工完后采用高壓注漿泵向其注射馬麗散混合液,待工作面及頂板破碎巖體出現(xiàn)漿液滲透現(xiàn)象時,停止注漿并及時封孔。

      (3)注漿鉆孔封孔2 h后方可繼續(xù)掘進(jìn),在掘進(jìn)期間發(fā)現(xiàn)仔細(xì)觀察巖體內(nèi)馬麗散漿液滲透情況,發(fā)現(xiàn)巖體內(nèi)漿液逐漸減少或完全消失后應(yīng)施工第二排注漿鉆孔并注漿,依次類推直至工作面過斷層破碎帶。

      3.2 人工假頂施工

      受構(gòu)造應(yīng)力及采動壓力影響,斷層破碎帶頂板出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象,冒頂最大高度為0.5 m,為防止冒頂區(qū)域不斷擴(kuò)大,決定施工人工假頂。

      (1)首先在斷層破碎區(qū)域冒頂處施工兩根長度為4.5 m,直徑為17.8 mm錨索,錨索間距為1.8 m,錨索外露端長度控制在0.5 m左右。

      (2)錨索施工后在其下方安裝一根長度為2.5m工字鋼梁,鋼梁懸吊位置與巷道設(shè)計頂板位置齊平,錨索梁間距為1.5 m。

      (3)當(dāng)相鄰兩架錨索梁施工完后,在其上方鋪設(shè)半圓木,半圓木直徑為300 mm,長度為2.0 m,半圓木鋪設(shè)后必須確保與半圓木與冒頂區(qū)域頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

      3.3 架設(shè)工字鋼棚

      為進(jìn)一步提高人工假頂穩(wěn)定性,防止巷幫片幫,冒頂區(qū)域注漿且人工假頂施工完后,決定架設(shè)工字鋼棚。

      (1)2110巷架設(shè)工字鋼棚成矩形斷面,鋼棚調(diào)節(jié)高度為2.0~2.8 m,鋼棚寬度為4.0 m,鋼棚主要由兩節(jié)棚腿及一節(jié)頂梁組成。

      (2)鋼棚間距為1.0 m,每架鋼棚棚腿采用一根固定錨桿與巷幫固定,鋼棚架設(shè)完后在相鄰三架鋼棚之間鋪設(shè)四根工字鋼縱梁,縱梁長度為2.5 m,縱梁與工字鋼棚之間采用卡纜進(jìn)行固定。鋼梁鋪設(shè)完后逐漸抬高鋼棚高度,確保鋪設(shè)的縱梁與假頂面接觸嚴(yán)實(shí)。

      (3)所有鋼棚架設(shè)完后,在鋼棚與巷幫之間填塞水泥背板,水泥背板長度為1.2 m,寬度為0.3 m,水泥背板填塞后確保背板與巷幫接觸嚴(yán)實(shí),見圖1。

      圖1 2110巷斷層破碎區(qū)頂板支護(hù)

      3.4 其它支護(hù)措施

      為了提高永久支護(hù)質(zhì)量,決定對2110巷原支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,頂板錨桿更換為長度為3.5 m,直徑為21.6 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線,間排距為0.9 m×1.0 m;頂板錨索更換為長度為8.3 m,直徑為21.6 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線,間排距為2.6 m×2.0 m;同時為了提高錨固質(zhì)量,頂板錨索全部采用MSKC23/35型(超快型)及MSKC23/60型(快速型)錨固劑,每根錨索配套三支錨固劑,一支MSK C23/35型,兩支MSKC23/60型。

      4 應(yīng)用效果分析

      1)過F10-c2斷層時采用注漿支護(hù)后通過鉆孔觀測發(fā)現(xiàn),破碎煤體在馬麗散混合液作用下膠結(jié)成塊狀結(jié)構(gòu),煤體堅固性系數(shù)f由原來的0.2提高至1.4,提高了破碎煤體膠結(jié)穩(wěn)定性。

      2)2110巷原支護(hù)優(yōu)化后,頂板錨桿、錨索錨固端位于破碎頂板上覆穩(wěn)定堅固巖層中,通過后期對5組錨桿(共計15根)拉拔力實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),當(dāng)錨桿拉力計拉力達(dá)到100 kN時錨桿未出現(xiàn)失效現(xiàn)象,優(yōu)化后錨桿、錨索起到預(yù)期支護(hù)效果。

      3)2110巷過F10-c2斷層后在斷層處頂板安裝一臺頂板離層儀,并對其進(jìn)行三個月數(shù)據(jù)觀察記錄發(fā)現(xiàn),在第一個月內(nèi)由于斷層處頂板巖石層圍巖應(yīng)力未完全處于平衡狀態(tài),頂板發(fā)生較大塑性變形,主要位于頂板往上3.0 m范圍內(nèi),變形量為250 mm,在第二個月時間內(nèi)頂板基本處于穩(wěn)定,變形量相對較小,變形量為50 mm,變形位置位于破碎巖體與假頂、鋼棚支護(hù)之間;第三月時間內(nèi)頂板巖體應(yīng)力已達(dá)到應(yīng)力平衡,同時斷層帶處支護(hù)措施已起到支護(hù)效果,頂板不再發(fā)生變形,見圖2。

      圖2 F10-c2斷層處頂板聯(lián)合支護(hù)后頂板變形量與時間曲線關(guān)系

      5 結(jié)語

      山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司通過技術(shù)研究,對2110巷斷層破碎區(qū)域決定采取“注漿+人工假頂+鋼棚”聯(lián)合支護(hù)措施,實(shí)踐證明,2110巷采取聯(lián)合支護(hù)措施后,提高了破碎頂板穩(wěn)定性,阻止了巷道變形、頂板破碎現(xiàn)象,保證了巷道安全順利施工,取得了顯著成效。

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