極近距離立交巷道交錯(cuò)點(diǎn)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究

殷寶昌,王 濤,孟祥閣

(1.皖北煤電集團(tuán)臥龍湖煤礦, 安徽淮北市 235000;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院, 江蘇徐州市 221008)

極近距離立交巷道交錯(cuò)點(diǎn)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究

殷寶昌1,王 濤1,孟祥閣2

(1.皖北煤電集團(tuán)臥龍湖煤礦, 安徽淮北市 235000;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院, 江蘇徐州市 221008)

煤礦極近距離立交巷道交錯(cuò)點(diǎn)在施工中存在技術(shù)和施工雙重難度,變形破壞嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)臥龍湖煤礦 105風(fēng)巷沿空留巷外段與南翼軌道大巷交錯(cuò)點(diǎn)支護(hù)狀況的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和破壞原因分析,提出了錨網(wǎng)索注 +U型棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方案。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果表明,實(shí)施該技術(shù)方案后,巷道兩幫最大移近量控制在 60 mm以內(nèi),頂?shù)装遄畲笠平靠刂圃?100 mm以內(nèi),現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)效果良好。

極近距離;立交巷道;交錯(cuò)點(diǎn);聯(lián)合支護(hù);錨網(wǎng)索注;U型棚支護(hù)

為了開采地下煤炭資源,首先要開鑿一系列井筒、硐室和巷道到達(dá)地下煤層,并形成工作面。隨著工作面和采區(qū)的不斷推進(jìn),還要及時(shí)開拓準(zhǔn)備巷道,以保證工作面和采區(qū)的正常接替。由于礦井生產(chǎn)是地下作業(yè),受自然地質(zhì)條件和安全等因素的影響,巷道布置在空間上不可避免要出現(xiàn)交岔或交錯(cuò)的情況,研究此類立交巷道交錯(cuò)點(diǎn)的支護(hù)技術(shù)對(duì)礦井安全生產(chǎn)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 開采概況

根據(jù)礦井生產(chǎn)設(shè)計(jì)的需要,臥龍湖煤礦 105風(fēng)巷沿空留巷將作為南一運(yùn)輸上山使用,但該沿空留巷在 105工作面回采結(jié)束 1 a后,巷道變形嚴(yán)重,已不能滿足生產(chǎn)需求。105風(fēng)巷沿空留巷外段與南翼軌道大巷立體交錯(cuò),如圖1所示。交錯(cuò)點(diǎn)原有支護(hù)方式為 U型棚支護(hù),通過(guò) 105風(fēng)巷沿空留巷頂板窺視孔觀測(cè)可知,該巷頂板與南翼軌道大巷底板的垂直間距僅為 5 m,且頂板為泥巖,由于長(zhǎng)期淋水導(dǎo)致巖體節(jié)理發(fā)育明顯。

2 巷道變形破壞原因分析

(1)工作面停采引起的支承壓力超過(guò)支架阻力。105風(fēng)巷沿空留巷外段巷道兩幫均為煤體,且距離 105工作面停采線較近,工作面停采引起的支承壓力向巷道內(nèi)部釋放,當(dāng)壓力超過(guò) U型棚的最大支護(hù)阻力時(shí),U型棚就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈變形,主要表現(xiàn)為棚腿內(nèi)扎,棚腿與頂梁搭接處發(fā)生嚴(yán)重的低阻滑移,同時(shí)有頂梁扭曲破壞,部分卡攬螺母崩斷。

圖1 105風(fēng)巷及相關(guān)巷道平面位置

(2)巷道頂板巖性差。105風(fēng)巷沿空留巷外段巷道的頂板巖性以泥巖為主,頂板淋水嚴(yán)重,降低了巷道圍巖的強(qiáng)度,而且巷道頂板泥巖遇水膨脹變形,導(dǎo)致巷道圍巖與支架的相互利用關(guān)系差,U型棚支架整體承載能力降低,支架的變形通常表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)。

(3)南翼軌道巷臥底影響。105風(fēng)巷沿空留巷外段巷道屬于極近距離立交巷道,交錯(cuò)點(diǎn)垂距僅有5 m,加之上覆南翼軌道大巷底臌嚴(yán)重,且一直未采取底臌治理措施,南翼軌道大巷從修護(hù)開始至今已進(jìn)行了至少 3次大規(guī)模臥底,每次臥底量為 300～500 mm,多次的臥底給 105風(fēng)巷沿空留巷的頂板支護(hù)帶來(lái)了越來(lái)越多的支護(hù)難題。

3 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)方案

針對(duì)臥龍湖礦 105風(fēng)巷沿空留巷外段巷道的實(shí)際地質(zhì)采礦條件,方案設(shè)計(jì)須解決以下 3個(gè)問(wèn)題:(1)如何解決極近距離立交巷道的施工難題;(2)如何控制巷道的變形;(3)如何控制巷道淋水。根據(jù)以上分析,提出了錨網(wǎng)索注 +U型棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù):在南翼軌道大巷底板進(jìn)行注漿,既控制 105風(fēng)巷沿空留巷外段頂板的淋水難題又提高了頂板的強(qiáng)度;采用U型棚支護(hù)提高巷道護(hù)表構(gòu)件的強(qiáng)度;利用錨桿發(fā)揮淺部圍巖的自承能力;利用錨索調(diào)動(dòng)深部圍巖的承載性能。巷道支護(hù)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 錨網(wǎng)索注 +U型棚聯(lián)合支護(hù)示意

3.2 支護(hù)參數(shù)

支護(hù)錨桿采用Φ22 mm×3000 mm全螺紋錨桿,間排距 800 mm ×700 mm;注漿錨桿為Φ20 mm×2500 mm,壁厚 4 mm無(wú)縫鋼管,間排距 1600 mm×1600 mm;錨索為Φ17.8 mm ×6500 mm1860鋼絞線,每幫 3根;錨桿托盤為 150 mm ×150 mm ×10 mm的鼓型托盤,錨索托盤為 300 mm×300 mm×16 mm的平托盤;Z2350型樹脂錨固劑錨固;注漿水泥采用 425#普通硅酸鹽水泥;鋼筋網(wǎng)采用Φ6圓鋼,長(zhǎng)×寬 =1800 mm ×900 mm,網(wǎng)幅為 120 mm ×120 mm;選用 U29型鋼加工 U型棚。

3.3 施工工藝

(1)南翼軌道大巷。此段大巷剛剛進(jìn)行了幫頂支護(hù),所以結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定,但是在 105風(fēng)巷施工前期,必須對(duì)交錯(cuò)巷道的破碎圍巖進(jìn)行深孔預(yù)注漿,控制淋水和提高圍巖強(qiáng)度,為 105風(fēng)巷沿空留巷的頂板施工提供條件。

(2)105風(fēng)巷沿空留巷。找盡頂幫活矸危巖,臨時(shí)支護(hù),刷幫挑頂至設(shè)計(jì)尺寸 (巷道凈斷面為寬 ×高 =4200 mm ×3200 mm),逐棚替掉原 U型鋼棚,棚檔背單層網(wǎng),然后初噴至 U型棚內(nèi)緣,頂板按間排距 800 mm×700 mm布置Φ22 mm×3000 mm型全螺紋錨桿 5根,幫部采用Φ17.8 mm×6500 mm型錨索,U型棚架設(shè)完畢后,進(jìn)行復(fù)噴。

3.4 支護(hù)效果

(1)高預(yù)應(yīng)力錨桿 (索)在巷道支護(hù)初期對(duì)圍巖施加一個(gè)強(qiáng)大的主動(dòng)支護(hù)力,最大限度地發(fā)揮了圍巖的自承能力,有效控制了巷道變形。

(2)根據(jù)礦壓觀測(cè)結(jié)果可知,兩幫最大移近量控制在 60 mm以內(nèi),頂?shù)装遄畲笠平靠刂圃?100 mm以內(nèi),巷道支護(hù) 80 d以后,巷道表面位移逐步趨于穩(wěn)定,現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)效果良好。

(3)由于在南翼軌道大巷提前施工了深孔注漿錨桿,控制住了 105風(fēng)巷沿空留巷外段的淋水現(xiàn)象,為下步 105風(fēng)巷沿空留巷的支護(hù)創(chuàng)造了施工條件。

(4)通過(guò)窺視儀進(jìn)行上覆巖層的探查,圍巖整體性好,無(wú)節(jié)理發(fā)育、無(wú)淋水現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

(1)U型棚支架能提供較高支護(hù)阻力,錨索能發(fā)揮深部巖體的承載能力,棚 -索聯(lián)合能實(shí)現(xiàn)兩者各自的優(yōu)勢(shì),達(dá)到良好的圍巖控制效果;注漿既膠結(jié)了破碎圍巖,又起到了控制巷道淋水的效果,解決了實(shí)際修護(hù)中施工困難的難題。錨網(wǎng)索注 +U型棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)耦合了主被動(dòng)支護(hù),根據(jù)支架結(jié)構(gòu)補(bǔ)償原理,幫部錨索可以使U型棚支架幫部彎矩降低約50%,從而使支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高。

(2)垂直落差只有 5 m的極近距離立交巷道交錯(cuò)點(diǎn)修護(hù)工程在臥龍湖礦尚屬首次,修護(hù)達(dá)到了預(yù)期效果。通過(guò)這次探索,為煤礦今后進(jìn)行近距離立交巷道交錯(cuò)點(diǎn)施工以及修護(hù)提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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2011-06-04)

殷寶昌 (1973-),男,安徽鳳臺(tái)人,助理工程師,從事采煤技術(shù)管理工作。