松散煤層錨桿支護(hù)技術(shù)研究
2012-12-31 00:00:00孫永奎
【摘要】新強(qiáng)煤礦5煤層煤體松散，強(qiáng)度低，屬于松散煤層。該煤層在沿空掘巷時礦壓顯現(xiàn)十分強(qiáng)烈，采用工字鋼梯形支架支護(hù)時，由于煤體松散，棚架背后大多處于空松狀態(tài)，支架被動等勁，初期圍巖受約束力很小，軟弱煤體松動范圍大，受壓后支架承載較低，粱腿變形急劇加大，彎曲、折斷較多，巷道有效斷面迅速減小，支架變形嚴(yán)重，穩(wěn)定性差，極易發(fā)生垮棚冒頂堵人事故，工人勞動強(qiáng)度大，巷道推進(jìn)緩慢，管理較為復(fù)雜。普通錨打支護(hù)巷道兩幫移近量可達(dá)1000-1500mm以上，并伴有嚴(yán)重底鼓和大量位移，需要維修，同時過大的變形使支護(hù)系統(tǒng)的整體安全性得不到根本保障，而II515雙沿空掘巷進(jìn)一步增加了維護(hù)難度，受頂板10m處3煤層開采的影響和部分地段受采空區(qū)積水影響，使維護(hù)條件更趨惡化。
【關(guān)鍵詞】概括；選擇
0.前言
因此，采空區(qū)下松散煤層雙沿空大斷面掘巷又成為嚴(yán)重制約煤礦綜采整體效益的瓶頸，丌發(fā)研究松散煤層沿空掘巷錨桿支護(hù)問題己迫在眉睫。只有采用新型的更高性能的支護(hù)技術(shù)才能控制沿空巷道的圍巖變形，做到一次成巷，滿足安全生產(chǎn)要求，以最大限度地發(fā)軍錨桿支護(hù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。為此，我們選取11515機(jī)巷進(jìn)行了新型高性能預(yù)拉力錨桿支護(hù)的試驗和以下幾個方面的研究：（1）錨桿桿體體質(zhì)及表面結(jié)構(gòu)的選擇；（2）提高功桿預(yù)拉力的措施。
1.巷道概況
II515工作面設(shè)計為綜采工作面，該面上鄰II513工作面，下接II517工作面（已回采），左為西一采區(qū)上山及II518工作面（已回采），右為W538工作面（己回采），形成孤島煤柱；該面煤層厚度2.9-3.5m，平均3.44m，煤層傾角3-13度，平均7度，硬度f-0.6。其直接頂為深灰色致密塊狀泥巖，平均厚度2.33m，裂隙較發(fā)育；老頂為淺灰色細(xì)粒砂巖，平均厚度5.11m，直接底為深灰色塊狀泥巖，平均厚度1.39m。II515機(jī)巷走向長1250m，埋深250m，沿II513工作面采空區(qū)掘進(jìn)。
2.支護(hù)參數(shù)的選擇
根據(jù)地質(zhì)條件及生產(chǎn)需要，II515機(jī)巷采用新型高性能預(yù)拉力錨桿支護(hù)，護(hù)巷煤柱4m，巷道斷面為斜矩形，凈寬×中高=3.8m×2.4m，選用20MnSi材質(zhì)的高性能等強(qiáng)度無縱筋左旋螺紋鋼錨桿，布置為353型，即頂板使用5根?20×L2000mm錨桿，每根錨桿用1卷K2350、2卷222335型樹脂藥卷錨固，同時鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)及L3600mm的“w”型鋼帶；兩幫采用3根?20×L2000mm錨桿，每根錨桿用2卷K2350型樹脂藥卷加長錨固，同時鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)及L2000mm的“W”型鋼帶。頂錨桿的株距為850mm，幫錨桿的株距為900mm，排距皆為800mm。另外，為加強(qiáng)巷道頂板支護(hù)，每3m安裝一根錨索，錨索布置在巷道頂板中部，規(guī)格為?15.24×L5400mm鋼絞線，錨固深度為5m。
3.現(xiàn)場施工管理
機(jī)巷采用鉆爆法施工，兩幫預(yù)留400mm，通過人工刷幫至設(shè)計尺寸，“三·八”工作制，邊掘邊錨的作業(yè)方式，錨桿緊跟迎頭，小班多循環(huán)作業(yè)。
對于施工中的特殊地段，我們采取了特殊的處理措施：頂板破碎帶及巷道最凹點(diǎn)：在施工中，由于項板破碎或者老塘水浸泡煤幫，我們把錨桿排距從800mm縮小到600mm，確保錨桿的錨固質(zhì)量，加強(qiáng)金屬網(wǎng)的聯(lián)接，同時在進(jìn)行錨桿支護(hù)后，及時加補(bǔ)大棚檔工字鋼棚。
過斷層：11515機(jī)巷施工到750m時遇到F9斷層。我們采取錨桿錨固在老頂，煤層詐常后再下落錨固在直接頂上，兩幫加補(bǔ)橫向的鋼帶聯(lián)結(jié)，最后通過臥底保證巷道高度，這樣過斷層既快又安全。在施工過程中，每個小班均設(shè)有驗收員，利用扭力扳手隨時監(jiān)測錨桿的初錨力：要求幫錨桿螺母擰緊力矩≥100N·m，達(dá)不到要求的及時加扭或補(bǔ)打錨桿：礦壓監(jiān)測人員定期對錨桿進(jìn)行拉拔力測試，確保拔力符合要求。
4.支護(hù)效果分析
由于錨桿巷道軒巖離層變化比較隱蔽，圍巖的破壞失穩(wěn)一般沒有明顯預(yù)兆，不易被人察覺，破壞時往往具有突發(fā)性，巷道一旦發(fā)生冒頂，范圍較大，危害嚴(yán)重。為了便于作業(yè)人員觀察圍巖變化情況，發(fā)現(xiàn)異常情況能及時采取處理措施，保證安全生產(chǎn)，同時通過監(jiān)測獲得信息，為修改、完善方案設(shè)計提供依據(jù)，我們在機(jī)巷內(nèi)共設(shè)測站22個，同時安裝了離層指示儀、測釘、液壓枕等，分別監(jiān)測頂板離層值、圍巖表面位移量和錨桿的受力情況。施工過程中，兩幫相對位移量最大為600mm，平均430mm，巷道寬度能滿足生產(chǎn)需要。
根據(jù)煤層上覆頂板的特點(diǎn)及錨桿（2.2m），錨索（5.0m）的錨固深度，現(xiàn)場選用雙高度頂板寓層指示儀觀測頂板：深部基點(diǎn)5m，固定在老頂上，同錨索的錨固深度相同，淺部基點(diǎn)深2.2m，固定在直接頂泥巖中，監(jiān)控頂板錨桿區(qū)范圍內(nèi)的離層情況。通過觀測，錨桿錨固區(qū)內(nèi)頂板離層較小，最大只有5mm，大部分測點(diǎn)無離層顯示，錨桿錨固區(qū)外，項板離層量最大只有10mm。
這些數(shù)據(jù)表明，錨桿及錨索的錨固效果明顯，支護(hù)效果較好，能有效地控制頂板變形，保證掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)。
5.效益分析
II515機(jī)巷全長1200m，從2001年5月中/日旬開始掘進(jìn)施工，至2003年5月底回采結(jié)束，滿足了生產(chǎn)需要，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)，達(dá)到了設(shè)計要求。
滿足了支護(hù)斷面要求：沿空巷道采用架工字鋼棚支護(hù)，由于壓力大，巷道變形嚴(yán)重，前掘后改，需多次維修，回采時仍要超前改棚、臥底，巷道斷面仍不能滿足生產(chǎn)需要，嚴(yán)重制約綜采能力的發(fā)揮，同時增大工人勞動強(qiáng)度和巷修材料投入。在回采期間，甚道兩幫移近量均在預(yù)計范圍之內(nèi)，頂板通過離層指示儀觀測，變形量極小，僅需簡單處理即能滿足生產(chǎn)需要，為設(shè)備的運(yùn)輸、工作面的安裝和回采創(chuàng)造了良好的條件。
提高了單進(jìn)水平，確保了綜采工作面的接替：采用新型高性能錨桿支護(hù)后，平均月進(jìn)210m，比架棚支護(hù)提高了40％，大大地緩解了綜采工作面的接替，為煤礦的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)打下了峰實的基礎(chǔ)。
降低了勞動強(qiáng)度，保證了安全生產(chǎn)：由于架棚支護(hù)不能有效抵抗巷道的壓力，巷道變表嚴(yán)重，且易發(fā)生片幫、冒頂現(xiàn)象，為保證巷道斷面，需經(jīng)常維修，極易發(fā)生冒頂事故，既浪費(fèi)人力、物力，安全又無保證。
簡化了綜采工作面兩巷超前管理，提高單產(chǎn)：綜采工作面兩巷采用架棚支護(hù)時，必須提前進(jìn)行替棚，用工多，速度慢，嚴(yán)重制約了工作面的推進(jìn)速度，而新型高性能預(yù)接力錨桿支護(hù)的應(yīng)用有效減少了回采超前壓力對巷道的破壞，省掉了替棚工序，保證了通肛1斷面，加快了工作面的推進(jìn)度，提高了單產(chǎn)。
試驗結(jié)果表明，在采空區(qū)下松散煤層進(jìn)行雙沿空掘巷采用新型高性能預(yù)拉力錨桿支護(hù)，在技術(shù)上是可行的，在實踐上是成功的。煤礦II515機(jī)巷成功進(jìn)行高性能預(yù)拉力錨樸支護(hù)，即給企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，同時也積累了一定的經(jīng)驗，為今后推廣應(yīng)用該項技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。 [科]
