王 力
(山西焦煤西山煤電西銘礦,山西 太原 030052)
在煤礦開采中,綜采工作面開切眼是保證煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ),其主要用于對(duì)工作面回采工藝相關(guān)的綜采設(shè)備的安裝。開切眼與工作面其他巷道不同,其主要表現(xiàn)為斷面跨度大,若對(duì)其支護(hù)不當(dāng)容易導(dǎo)致其頂板出現(xiàn)冒落、兩幫移近以及底板鼓出的問題,為保證回采任務(wù)的順利完成需對(duì)開切眼進(jìn)行多次維護(hù)[1]。因此,實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采工作面設(shè)備安裝開切眼的有效、穩(wěn)定支護(hù)對(duì)保證回采及綜采工作面設(shè)備的高效生產(chǎn)具有重要意義。本文將著重對(duì)綜采工作面設(shè)備安裝開切眼進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì),并對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。
本文以8702工作面為例開展研究,并結(jié)合3號(hào)煤層的8702工作面與5號(hào)煤層的8704工作面的地質(zhì)情況綜合分析8702工作面的地質(zhì)情況,經(jīng)分析得出如下結(jié)論:
1)8702工作面總體地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,并且在工作面的開切眼末端存在巖漿巖侵入的情況,為后續(xù)開切眼的支護(hù)帶來較大的影響;
2)開切眼位于工作面構(gòu)造簡(jiǎn)單的區(qū)域,所在區(qū)域的斷層落差較?。?/p>
3)在實(shí)際開采過程中,5號(hào)煤層8704工作面開切眼存在頂板冒落的情況,因此需加強(qiáng)對(duì)3號(hào)煤層8702工作面的頂板支護(hù);
4)現(xiàn)場(chǎng)開挖探測(cè)可知,開切眼開挖無瓦斯突出,但存在粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn);
5)3號(hào)煤層8702工作面的開切眼煤層處于節(jié)理裂隙發(fā)育的狀態(tài),煤體相對(duì)松軟并處于破碎狀態(tài)[2]。3號(hào)煤層8702工作面的頂?shù)装迩闆r如表1所示。
表1 3號(hào)煤層8702工作面頂?shù)装迩闆r
針對(duì)綜采工作面設(shè)備安裝開切眼的支護(hù)不僅需考慮最終的支護(hù)效果,而且還需考慮實(shí)際的支護(hù)成本。一般情況下,一個(gè)綜采工作面兩年即可開采完畢,為避免開切眼支護(hù)材料的浪費(fèi),在實(shí)際支護(hù)過程中應(yīng)盡可能地避免采用噴漿支護(hù),達(dá)到保證支護(hù)效果的同時(shí)節(jié)約成本和材料的回收利用。針對(duì)綜采工作面設(shè)備安裝開切眼的支護(hù)需遵循以下兩個(gè)原則:
1)當(dāng)設(shè)備安裝工作面開切眼開挖后應(yīng)立即采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施,避免開切眼變形。而且,開切眼的眼角部為薄弱環(huán)節(jié),其會(huì)誘發(fā)后續(xù)的頂板下沉,進(jìn)而使得開切眼發(fā)生整體破壞。因此,需對(duì)開切眼的眼角部位采用特殊的支護(hù)手段[3]。
2)與常規(guī)巷道不同的是,開切眼一般的跨度均很大,而且容易受到礦井地質(zhì)災(zāi)害的影響,導(dǎo)致開切眼軟化,從而使得整體圍巖整體強(qiáng)度降低,導(dǎo)致開切眼變形。因此,需特別注意地質(zhì)災(zāi)害對(duì)開切眼支護(hù)的影響,解決大跨度開切眼支護(hù)困難的問題。
結(jié)合綜采工作面巷道的常規(guī)支護(hù)方案,針對(duì)8702工作面開切眼采用錨桿、錨索與金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)開切眼圍巖的控制,達(dá)到盡可能減少開切眼變形的目的。結(jié)合錨桿、錨索各參數(shù)的計(jì)算得出如下結(jié)論:錨桿直徑為16.05 mm,考慮到錨桿加工精度以及取1.1倍的安全系數(shù),最終確定錨桿直徑為20 mm;錨桿長(zhǎng)度主要由外露長(zhǎng)度、有效長(zhǎng)度以及錨桿長(zhǎng)度組成,其中一般取外露長(zhǎng)度為0.1 m,錨固長(zhǎng)度為0.9 m,有效長(zhǎng)度結(jié)合支護(hù)經(jīng)驗(yàn)取為1.76 m,則要求錨桿長(zhǎng)度為2.76 m,并圓整為2.8 m。本方案所選錨索直徑為17.8 mm,錨索長(zhǎng)度包括有深入到穩(wěn)定巖層的錨固長(zhǎng)度、不穩(wěn)定巖層的厚度、托盤及錨具的厚度以及錨索的外露長(zhǎng)度。經(jīng)計(jì)算得出錨索深入穩(wěn)定巖層的深度為1.27 m,該工作面不穩(wěn)定巖層的厚度為5 m,一般托盤和錨具的厚度為0.25 m,錨索外露長(zhǎng)度為1.8 m。因此,得出開切眼對(duì)應(yīng)錨索的長(zhǎng)度為9 m[4]。
綜上所述,開切眼對(duì)應(yīng)頂板錨索的直徑為17.8 mm,錨索長(zhǎng)度為9 000 mm,錨索間距為1 m,錨索排間距為2 m;頂板錨桿的直徑為20 mm,錨桿長(zhǎng)度為2 800 mm,對(duì)應(yīng)錨桿的間距為1 m,錨索排間距為2 m,所采用錨桿類型為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。
同理,開切眼對(duì)應(yīng)兩幫所采用的錨桿類型為左旋無縱筋螺紋錨桿,錨桿直徑為20 mm,錨桿長(zhǎng)度為2 800 mm,錨桿間距為1 m錨桿排間距為1 m。凈寬度為10.5 m開切眼的支護(hù)斷面如圖1所示。
圖1 凈寬度為10.5 m開切眼的支護(hù)斷面圖(單位:mm)
為驗(yàn)證上述開切眼支護(hù)方案的支護(hù)效果,將其在實(shí)際工作面施工后對(duì)開切眼頂板的離層量、圍巖表面的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中,頂板的離層量采用頂板離層儀進(jìn)行測(cè)量;圍巖表面的位移采用數(shù)顯收斂?jī)x進(jìn)行測(cè)量[5]。結(jié)合開切眼的實(shí)際情況開切眼頂板中部和開切眼的中間位置為支護(hù)的薄弱環(huán)節(jié),在巷道內(nèi)部設(shè)計(jì)如圖2所示的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
圖2 開切眼支護(hù)效果監(jiān)測(cè)位置布置(單位:mm)
對(duì)上述每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)淺基點(diǎn)和深基點(diǎn)分別安裝頂板離層儀的監(jiān)測(cè)傳感器,其中淺基點(diǎn)位于距離圍巖表面3.1 m深的位置處;深基點(diǎn)位于距離圍巖表面9.25 m深的位置處。頂板離層量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 開切眼支護(hù)后頂板離層量 mm
如表2所示,當(dāng)開切眼跨度增大時(shí)深基點(diǎn)的頂板離層量增加;在淺基點(diǎn)位置的離層量均為0。
經(jīng)對(duì)圍巖表面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析后可得出如下結(jié)論:
1)當(dāng)開切眼的跨度為9.3 m時(shí),在30 d的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)頂板最大下沉量為25 mm,對(duì)應(yīng)左右兩幫的最大移近量為40 mm,而且,隨著時(shí)間的推移,頂板的最大下沉量可達(dá)40mm,兩幫最大移近量可達(dá)60mm。
2)當(dāng)開切眼的跨度為10.5 m時(shí),在30 d的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)頂板最大下沉量為30 mm,對(duì)應(yīng)左右兩幫的最大移近量為45 mm,而且,隨著時(shí)間的推移,頂板的最大下沉量可達(dá)45 mm,兩幫最大移近量可達(dá)65 mm。
綜上所述,不論開切眼跨度為9.3 m還是10.5 m,本文所提出的支護(hù)手段達(dá)到了預(yù)期效果。
開切眼作為綜采工作面生產(chǎn)中設(shè)備安裝的關(guān)鍵場(chǎng)所,其支護(hù)效果是保證設(shè)備安裝、拆卸快速、高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。鑒于開切眼與綜采工作面其他巷道具有明顯區(qū)別,其跨度較大且容易受到地質(zhì)條件的影響,故需加強(qiáng)對(duì)開切眼的支護(hù)。針對(duì)8702工作面開切眼,本文提出錨桿+錨索+金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)方式,最終應(yīng)用頂板離層儀和數(shù)顯收斂?jī)x對(duì)支護(hù)后開切眼頂板離層量和圍巖變形量進(jìn)行測(cè)量,得知所采取的支護(hù)手段達(dá)到了預(yù)期效果。