梁佳宇
(大同煤礦集團同安煤業(yè)有限責(zé)任公司, 山西 呂梁 033500)
大同煤礦集團同安煤業(yè)有限責(zé)任公司總回風(fēng)巷北接回風(fēng)立井馬頭門總回巷開口(坐標(biāo)為:x=4229127.5,y=564 418.829,z=742.7),該巷南部42.72 m為4號層回風(fēng)大巷(未掘),西部、東部為實體區(qū)。
總回風(fēng)巷設(shè)計長度為1 200 m,巷道設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m,巷道掘進煤層為山西組4號煤層,煤層厚度5.71~8.08 m,平均厚7.56 m,煤層由南向北逐漸變厚,全井田穩(wěn)定可采,煤層結(jié)構(gòu)簡單—極復(fù)雜,含0~8層夾矸,單層夾矸最大厚度為0.52 m。煤層頂板巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖,老頂為細(xì)砂巖;底板巖性為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖。總回風(fēng)采用綜合機械化掘進施工工藝,采用EBZ210型掘進機割煤,采用SSJ-800型帶式輸送機運輸煤矸石,截止目前巷道已掘進450 m[1]。
巷道掘進至440 m處揭露一條正斷層,斷層落差為1.5 m,斷層平均傾角為47°,在斷層作用下破壞了原巷道頂板連續(xù)穩(wěn)定性,導(dǎo)致巷道頂板出現(xiàn)應(yīng)力破壞現(xiàn)象,巷道頂板維護難度大,掘進效率低。
總回風(fēng)巷采用掘進機掘進,單茬掘進量為0.6 m,工作面最大空頂距為1.3 m,巷道掘進后及時對頂板施工錨桿、錨索支護。但是由于在應(yīng)力區(qū)巷道,頂板破碎嚴(yán)重,在頂板永久支護施工時存在一些技術(shù)難題,主要表現(xiàn)在以下幾方面:
1)頂板穩(wěn)定性差。受斷層影響,在斷層前后15 m范圍內(nèi)頂板相對破碎嚴(yán)重,并在斷層處形成卸壓空間,隨著巷道的開拓延伸,頂板破碎范圍逐漸擴大,巷道掘進后在施工永久支護時不僅施工難度大,而且施工危險系數(shù)高,不利于對巷道進行安全快速支護。
2)空頂面積大。巷道在過斷層應(yīng)力區(qū)時,頂板集中應(yīng)力明顯,導(dǎo)致頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象,同時集中應(yīng)力向迎頭煤壁傳遞,而總回風(fēng)巷掘進的4號煤層屬石炭系煤層,煤層膠結(jié)穩(wěn)定性差,煤體單軸抗壓強度不足20 MPa,迎頭煤體在應(yīng)力作用下出現(xiàn)片幫現(xiàn)象,增加頂板空頂距,巷道在初期過應(yīng)力區(qū)頂板最大空頂距為2.4 m。
3)支護時間長。由于應(yīng)力區(qū)頂板破碎相對嚴(yán)重,在破碎頂板進行鉆孔施工時鉆孔施工難度大,鉆孔施工周期長,導(dǎo)致錨桿支護難度大,頂板空頂時間長,造成頂板進行永久支護時危險系數(shù)高。
為了解決應(yīng)力區(qū)巷道頂板破碎區(qū)支護難題,同安煤礦安監(jiān)站通過技術(shù)研究,決定對應(yīng)力區(qū)破碎頂板采用一套絲杠式超前支護。
1)總回風(fēng)應(yīng)力區(qū)頂板采用的絲杠式永久支護主要由前探支護梁、承載梁、絲杠、固定環(huán)等部分組成;其中前探支護梁共計四根,每根長度為4.0 m,承載梁共計三根,長度為4.5 m。
2)前探支護梁及承載梁主要為12號槽鋼,在承載梁上均勻焊制4個直徑為70 mm絲孔,絲孔間距為1.2 m,每個絲杠長度為為0.2 m,絲杠直徑為70 mm,在絲杠頂端焊接一個長度及寬度為0.1 m頂帽,如下頁圖1所示。
3)吊環(huán)共計9個,主要由厚度為5 mm鋼板焊制而成,吊環(huán)寬度為0.12 m,高度為0.15 m,吊環(huán)中部焊接一個直徑為30 mm絲孔,在吊環(huán)下部安裝一個活動鋼管,鋼管直徑為50 mm[2-3]。
圖1 絲杠式超前支護結(jié)構(gòu)示意圖(mm)
1)巷道掘進前首先將9個吊環(huán)安裝距工作面迎頭前三排錨桿外露段,同一排錨桿安裝三個吊環(huán),吊環(huán)安裝間距為2.0 m,吊環(huán)安裝時將吊環(huán)絲孔與頂板錨桿外露段擰緊。
2)三排吊環(huán)安裝后巷道開始掘進,掘進后及時將三根承載梁穿插在同一排吊環(huán)下方,然后對每一根承載梁上安裝四個絲杠,安裝絲杠保證絲杠與承載梁運轉(zhuǎn)靈活[4-5]。
3)絲杠安裝后將四根前探支護梁依次安裝絲杠上方,然后逐漸擰動絲杠上升,并抬起前探梁直至與頂板接觸嚴(yán)實,從而達(dá)到前探梁對空頂區(qū)超前支護作用;當(dāng)巷道第一茬掘進并支護完成后,在掘進第二茬時只需將前探梁前移即可。
1)支護工藝簡單。絲杠式超前支護結(jié)構(gòu)相對簡單,受巷道掘進工藝、施工工序影響小,支護工藝簡單,便于操作維護,故障率低,成本費用低。
2)支護效果好。與機載前探梁超前支護相比,該支護裝置輕便,而且該支護裝置可用于最大空頂距大3.0 m巷道中,支護效果好,支護強度高,解決了不穩(wěn)定、破碎頂板空頂面積大,永久支護時危險系數(shù)高等技術(shù)難題。
3)實用性強。該支護裝置可根據(jù)巷道斷面大小適當(dāng)調(diào)整前探梁、承載梁數(shù)量及長度,該支護裝置不僅可用于掘進巷道,還可應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)條件采掘工作面、大斷面硐室中,甚至可應(yīng)用于隧道、橋梁等工程領(lǐng)域中,實用性強。
截止2019年4月27日總回風(fēng)巷已掘進至490m處,巷道已完全過斷層應(yīng)力區(qū),通過在斷層應(yīng)力區(qū)采取絲杠式超前支護后,保證了巷道永久支護施工安全,巷道在后期過應(yīng)力區(qū)期間未發(fā)生一起因頂板空頂面積大,超前支護不到位發(fā)生頂板垮落事故,取得了顯著應(yīng)用成效。