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      綜采工作面應(yīng)力區(qū)圍巖控制技術(shù)

      2022-01-25 04:39:14韓圖門烏力吉
      機(jī)械管理開發(fā) 2021年11期
      關(guān)鍵詞:鋼棚回風(fēng)順頂梁

      韓圖門烏力吉

      (晉能控股集團(tuán),山西 大同 037001)

      1 8310工作面概況

      晉能控股集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司塔山三盤區(qū)8310工作面位于井田西翼,工作面東部為盤區(qū)大巷,南部為8311工作面,西部為井田邊界,北部為8309采空區(qū)。

      8310工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝,截止2020年1月14日工作面已回采至570 m處,工作面回采至562 m處時(shí)揭露一條F7逆斷層,斷層落差為1.4 m,傾角為40°,斷層從回風(fēng)順槽向工作面中部依次揭露,受F7斷層應(yīng)力影響,工作面回采至560 m處時(shí),位于工作面前方15 m處回風(fēng)順槽出現(xiàn)底鼓、煤壁片幫以及底板下沉等現(xiàn)象,嚴(yán)重制約著工作面安全高效回采。

      2 回風(fēng)順槽原支護(hù)設(shè)計(jì)及問題分析

      2.1 原支護(hù)設(shè)計(jì)

      8310工作面原頂板主要采用錨桿(索)聯(lián)合支護(hù),具體支護(hù)設(shè)計(jì)如下:

      1)頂板支護(hù):原頂板主要采用錨桿配套鋼帶聯(lián)合支護(hù),以及單錨索支護(hù);頂板每排布置5根長(zhǎng)度為2.5 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,錨桿間距為1.0 m,排距為1.0 m,錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為4.5 m W型鋼帶;頂板每排布置兩根錨索,錨索長(zhǎng)度為6.0 m,直徑為17.8 mm,錨索間距為1.8 m,排距為3.0 m,每根錨索外露端安裝一塊長(zhǎng)度及寬度為0.3 m鋼托板,并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊[1-2]。

      2)巷幫支護(hù):巷幫采用單錨桿支護(hù),位于工作面煤柱側(cè)巷幫采用單玻璃鋼錨桿支護(hù),每排布置三根,錨桿長(zhǎng)度為2.0 m,直徑為20 mm,錨桿外露端采用直徑為15 mm圓鋼托盤預(yù)緊;非煤柱側(cè)巷幫采用螺紋鋼錨桿支護(hù),錨桿布置方式與玻璃鋼錨桿相同。

      2.2 原支護(hù)問題分析

      8310回風(fēng)順槽在掘進(jìn)過程中原支護(hù)設(shè)計(jì)滿足巷道掘進(jìn)要求,但是工作面在回采過程中受構(gòu)造應(yīng)力以及回采應(yīng)力集中破壞作用下,回風(fēng)順槽原支護(hù)存在一些問題,主要表現(xiàn)在以下幾方面[3]:

      1)錨桿支護(hù)強(qiáng)度低:原頂板采用的單錨桿長(zhǎng)度為2.5 m,錨桿采用端頭錨固方式,錨固長(zhǎng)度為0.95 m,錨固力為220 kN,而回風(fēng)順槽在多重應(yīng)力作用下,頂板出現(xiàn)裂隙發(fā)育,伴隨著冒漏和下沉現(xiàn)象,并在頂板及兩幫內(nèi)形成圍巖松動(dòng)圈,而原支護(hù)錨固段基本位于圍巖松動(dòng)圈內(nèi),從而導(dǎo)致錨桿錨固失效現(xiàn)象,錨桿支護(hù)強(qiáng)度降低。

      2)支護(hù)設(shè)計(jì)不合理:原頂板主要采用錨桿及錨索聯(lián)合支護(hù),雖然頂板布置錨桿數(shù)量相對(duì)較多,滿足支護(hù)數(shù)量要求,但是原頂板錨桿在施工過程中對(duì)頂板產(chǎn)生擾動(dòng)破壞作用,在應(yīng)力作用下錨桿支護(hù)孔形成卸壓孔,在卸壓過程中對(duì)錨桿錨固及預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響;同時(shí)原頂板施工的單錨索屬于點(diǎn)性支護(hù),雖然可對(duì)局部圍巖起到懸吊作用,但是支護(hù)強(qiáng)度低,支護(hù)范圍小。

      3 應(yīng)力區(qū)圍巖聯(lián)合控制技術(shù)

      為了提高工作面前方圍巖穩(wěn)定性,提高回風(fēng)順槽成型率,保證工作面安全快速過應(yīng)力區(qū),決定對(duì)應(yīng)力區(qū)圍巖采取“梯形鋼棚+錨索吊棚”聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)。

      3.1 梯形鋼棚

      3.1.1 支護(hù)作用

      原頂板錨桿、錨索屬于主動(dòng)支護(hù),主動(dòng)支護(hù)主要通過錨固以及預(yù)應(yīng)力作用實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖進(jìn)行懸吊和組合拱(梁)支護(hù)作用,但是當(dāng)圍巖受應(yīng)力破壞時(shí),主動(dòng)支護(hù)錨固效果差,預(yù)應(yīng)力無法通過支護(hù)體傳遞至圍巖中,從而降低主動(dòng)支護(hù)效果;而鋼棚支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù),鋼棚支護(hù)架設(shè)和提高兩幫煤柱對(duì)頂板支撐作用強(qiáng)度,防止了兩幫與頂板之間的三角煤柱出現(xiàn)垮落,同時(shí)鋼棚頂梁對(duì)頂板下沉現(xiàn)象及時(shí)控制,從而提高圍巖整體穩(wěn)定性,保證主動(dòng)支護(hù)效果[4-5]。

      3.1.2 鋼棚支護(hù)結(jié)構(gòu)

      8310回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)采用的梯形鋼棚主要由棚腿、頂梁、底座等部分組成,棚腿長(zhǎng)度為3.5 m,主要由11號(hào)工資鋼梁制成,棚腿頂?shù)锥烁骱钢埔粔K鋼板,頂?shù)撞夸摪迳虾钢?個(gè)直徑為25 mm的圓孔;頂梁長(zhǎng)度為4.2 m,頂梁主要由寬度為0.18 m槽鋼焊制而成;底座長(zhǎng)度及寬度為0.4 m,厚度為5 mm。

      3.1.3 安裝工序

      1)梯形鋼棚安裝在距工作面20 m處,首先安裝鋼棚底座,每架鋼棚底座安裝在兩幫底板上并采用三根地錨進(jìn)行固定,底座安裝后依次安裝兩根棚腿,棚腿與底座之間采用螺母進(jìn)行固定,棚腿安裝后通過螺母調(diào)節(jié)棚腿角度,調(diào)節(jié)角度范圍75°~90°。

      2)棚腿安裝后采用卡纜將棚腿與頂梁進(jìn)行固定,頂梁安裝后保證頂梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí),如頂板不平或冒漏時(shí)采用道木將頂梁與頂板之間背牢,梯形梁棚架設(shè)間距為1.0 m,如圖1所示。

      圖1 8310回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)圍巖聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖(未標(biāo)單位:mm)

      3.2 錨索吊棚支護(hù)

      傳統(tǒng)單錨索支護(hù)由于存在支護(hù)斷面小、支護(hù)效果差等技術(shù)難題,決定對(duì)原頂板施工錨索吊棚支護(hù)。

      1)8310回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)頂板采用的錨索吊棚主要由工字鋼梁、恒組錨索等部分組成,工字鋼梁長(zhǎng)度為4.0 m,寬度為0.12 m,鋼梁上布置兩個(gè)直徑為30 mm支護(hù)圓孔,孔間距為2.5 m;恒組錨索長(zhǎng)度為6.0 m,直徑為21.8 mm,錨索最大承載能力為890 kN。

      2)從工作面前方15 m處開始補(bǔ)打錨索吊棚,施工工序?yàn)椋菏┕ゅ^索鉆孔→錨注錨索→安裝工字鋼梁→鎖具預(yù)緊;錨索吊棚垂直巷道布置,布置間距為2.0 m,若局部區(qū)域巷道頂板出現(xiàn)破碎時(shí),縮小吊棚間距,并在相鄰兩架錨索吊棚之間填充水泥背板。

      4 結(jié)語

      截止2020年1月22日8310工作面已回采至617 m,通過對(duì)工作面應(yīng)力區(qū)巷道圍巖采取聯(lián)合控制技術(shù)后,工作面在后期回采期間有效控制了應(yīng)力區(qū)圍巖變形現(xiàn)象,通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn),采取聯(lián)合控制技術(shù)后,回風(fēng)順槽頂板下沉量控制在0.12 m以下,未出現(xiàn)煤壁片幫現(xiàn)象,兩幫收斂量控制在0.22 m以下,保證了回風(fēng)順槽成型率,為后期工作面安全高效回采奠定了基礎(chǔ),取得了顯著應(yīng)用成效。

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