【摘 要】 回采巷道圍巖控制技術(shù)的操作環(huán)境一般比較復(fù)雜,極松軟煤層、深井高應(yīng)力、破碎圍巖等都會(huì)給回采巷道的控制與維護(hù)帶來(lái)諸多困難。經(jīng)實(shí)踐研究,可采取層位優(yōu)化技術(shù)、打卸壓孔結(jié)合打設(shè)鎖腿梁方法以及錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)等技術(shù)來(lái)有效控制各種復(fù)雜條件下的回采巷道圍巖控制,避免因支護(hù)系統(tǒng)不完善而產(chǎn)生反復(fù)的巷道修復(fù)和維護(hù),給煤礦生產(chǎn)帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
【關(guān)鍵詞】 復(fù)雜條件 ;層位優(yōu)化 ;鉆孔卸壓 ;錨網(wǎng)索
1 前言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,對(duì)煤礦資源的需求也越來(lái)越供不應(yīng)求,而煤礦開(kāi)采環(huán)境隨著采深的逐步增加也越來(lái)越復(fù)雜,煤礦開(kāi)采事故的發(fā)生率也未得到有效降低,而大部分煤礦事故則是由于不同開(kāi)采環(huán)境的支護(hù)設(shè)計(jì)缺乏合理的科學(xué)依據(jù),導(dǎo)致礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈、巷道變性破壞出現(xiàn)塌落。平時(shí)修復(fù)和維護(hù)工作不到位,缺乏科學(xué)合理依據(jù)的支護(hù)方式的選擇也給煤礦生產(chǎn)增加了支護(hù)成本,未能充分利用支架復(fù)用率,支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的維護(hù)難題得不到很好的解決。
回采巷道圍巖控制技術(shù)是動(dòng)壓巷道中應(yīng)用的一種特殊的技術(shù)。理論上來(lái)說(shuō),回采巷道圍巖控制技術(shù)是不能廣泛應(yīng)用的,而且國(guó)際上對(duì)這種技術(shù)并不具備一套完善的報(bào)道,缺乏必要的參考資料。但在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,回采巷道圍巖控制技術(shù)可有效減輕圍巖與支護(hù)破損問(wèn)題,為礦井正常生產(chǎn)提供可靠地技術(shù)保障。
2 應(yīng)對(duì)7煤復(fù)雜條件采用的層位優(yōu)化技術(shù)
2.1 7煤的復(fù)雜條件
7煤的組成形式比較復(fù)雜,其煤層一般包括砂泥巖互層、71煤、泥巖、72煤等不同巖性的層面,通常72煤、72煤中會(huì)含有夾矸和半煤巖。7煤復(fù)雜條件還表現(xiàn)為泥巖充滿巷道底板,具有較差的巖性;其圍巖高程度破碎性、工作面回采以及夾矸互層的問(wèn)題會(huì)造成高應(yīng)力現(xiàn)象。
2.2 層位優(yōu)化技術(shù)
層位優(yōu)化技術(shù)包含兩種不同挖掘?qū)游坏姆桨浮7桨敢唬嚎梢?1煤底板作為巷道頂板,從72煤層底板開(kāi)始挖進(jìn),巷道高度為3.2米,寬度為4.9米;方案二:以71煤頂板為巷道頂板挖進(jìn),巷道高度和寬度同方案一的設(shè)置相同。兩種方案均可選擇同種頂板錨桿和幫部錨桿做支護(hù),錨桿間排距也可保持相同。
做理論研究時(shí),可采用FLAC3D數(shù)值模擬過(guò)程來(lái)提供數(shù)值模擬結(jié)果,以比較兩種方案哪一個(gè)更具有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)研究數(shù)值模擬結(jié)果可發(fā)現(xiàn):方案一中巷道變形情況特別是兩幫最大移盡量都明顯大于方案二,因此,方案二比方案一更具優(yōu)勢(shì)。
但在實(shí)際工作中,受諸多環(huán)境因素的影響,層位挖掘還需經(jīng)工程實(shí)踐來(lái)判定。另外,方案二雖然優(yōu)于方案一,但其兩幫移盡量仍然很大,在回采期間巷道的變形問(wèn)題可能會(huì)受到因?yàn)閭?cè)向支撐壓力的影響而加劇惡化,因此礦井技術(shù)人員需要采取其他相關(guān)措施來(lái)完善方案二,以有效解決巷道變形問(wèn)題。
3 極松軟煤層的錨桿鎖腿梁技術(shù)
3.1 極松軟煤層的特點(diǎn)
極松軟煤層因其土層極其松軟,巷道的挖掘過(guò)程中比較容易進(jìn)行,但也正是因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)導(dǎo)致其維護(hù)工作特別困難,一般的支護(hù)方式往往不能滿足極松軟煤層支護(hù)的需求,達(dá)不到良好的支護(hù)效果。
3.2 打卸壓孔結(jié)合錨桿鎖腿梁技術(shù)
3.2.1 鉆孔卸壓技術(shù)
巷道開(kāi)始挖掘后,巷道兩側(cè)會(huì)由于巷道上方露出的巖層重量的偏移而形成應(yīng)力集中區(qū)域,而應(yīng)力集中區(qū)在挖掘工作中還會(huì)擴(kuò)展,其具體數(shù)值容易受到挖掘周邊環(huán)境的影響而改變。
巷道成形后,一般會(huì)在巷道兩幫打卸壓孔,這樣可為變形留有一定的施展空間,并轉(zhuǎn)移巷道周邊的高應(yīng)力到巖層內(nèi)部,增寬應(yīng)力降低區(qū),以減少幫部變形,使巷道趨于穩(wěn)定,以達(dá)到卸壓的效果,可以做到合理改善層位優(yōu)化技術(shù)的方案二的實(shí)施。卸壓效果的好壞取決于卸壓孔的長(zhǎng)度、卸壓孔距離以及卸壓孔的直徑,一般來(lái)講,卸壓孔的長(zhǎng)度同支承壓力向圍巖內(nèi)部轉(zhuǎn)移的深度相同。
3.2.2 錨桿鎖腿梁機(jī)理分析
U型鋼拱形可縮性支架是國(guó)際上通用的用于支護(hù)技術(shù)的支架,其高承載力、可縮性、強(qiáng)護(hù)表的特點(diǎn)能夠廣泛應(yīng)用在極破碎性巷道或遇到錨網(wǎng)支護(hù)出現(xiàn)變形后的支護(hù)工作中。但是目前的U型鋼拱形可縮性支架的研究還不夠完善,其承載性的利用還不夠充分,不能在支護(hù)工作中作為“主力軍”來(lái)抵抗側(cè)幫變形,若工作環(huán)境極其復(fù)雜,這個(gè)缺點(diǎn)就很容易導(dǎo)致架棚扭曲、折斷,甚至更為嚴(yán)重的后果:倒棚,以致發(fā)生安全質(zhì)量事故。
實(shí)際的工程實(shí)踐中,工作人員總結(jié)出一條支護(hù)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償原理。因此,可以根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償原理來(lái)彌補(bǔ)U型鋼拱形可縮性支架因承載性不夠造成的失穩(wěn)破壞問(wèn)題。由原理可知,若要大幅提高支護(hù)結(jié)構(gòu)總體上的承載能力,保持其結(jié)構(gòu)的較強(qiáng)的穩(wěn)定性,可在支護(hù)結(jié)構(gòu)的某些位置根據(jù)需要施加相應(yīng)大小的結(jié)構(gòu)補(bǔ)償力。結(jié)構(gòu)補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)核心是穩(wěn)定裝置的設(shè)計(jì),穩(wěn)定裝置要根據(jù)圍巖的特點(diǎn)以及需要進(jìn)行“補(bǔ)償”的U型棚當(dāng)前的穩(wěn)定性來(lái)設(shè)計(jì),注意結(jié)構(gòu)補(bǔ)償位置的確定要謹(jǐn)慎,結(jié)構(gòu)補(bǔ)償能否起到穩(wěn)定作用的關(guān)鍵就是機(jī)構(gòu)補(bǔ)償位置的確定。穩(wěn)定裝置有多種選擇方式,通常會(huì)采用高剛度的鋼筋網(wǎng),有時(shí)也會(huì)用限位卡纜和錨桿鎖腿梁,它們都可起到增強(qiáng)U型鋼拱形可縮性支架的穩(wěn)定性與抗側(cè)壓的能力,讓U型鋼拱形可縮性支架支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載性能更優(yōu)越,有效減小兩幫移盡量,改善巷道變形問(wèn)題,提高巷道整體的穩(wěn)定性。
打卸壓孔結(jié)合錨桿鎖腿梁技術(shù)可更加有效的控制巷道變形,提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的維護(hù)性能,以滿足煤礦工程安全生產(chǎn)的需求。安全工作做得到位,就可有效減少平時(shí)的維護(hù)工作,從而降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和維護(hù)費(fèi)用,提高勞動(dòng)、工作效率,更能有效降低煤礦工程安全質(zhì)量事故的發(fā)生,讓工人脫離“礦難”的困擾,在很大程度上保證了高效、安全的煤礦工作。
4 深井高應(yīng)力破碎圍巖的控制技術(shù)
4.1 破碎圍巖的危害
回采巷道周?chē)钠扑?、下沉甚至塌落的圍巖導(dǎo)致煤層松軟,即使在煤層比較淺的地方,其維護(hù)工作也相當(dāng)困難,越往深處破碎圍巖帶來(lái)的維護(hù)難題越明顯。因?yàn)楸緦酉锏赖膰鷰r一般會(huì)受到雙重支撐壓力的作用,因其本身的易碎性更加容易導(dǎo)致圍巖產(chǎn)生變形活動(dòng),會(huì)引發(fā)巷道的嚴(yán)重變形,直接對(duì)礦井的經(jīng)濟(jì)效益造成損害。
4.2 破碎圍巖回采巷道圍巖的控制
對(duì)于極破碎圍巖的煤層巷道,其頂板支護(hù)可采用錨桿、鋼帶、鐵托板、金屬網(wǎng)、錨索、等器材,而兩幫錨桿支護(hù)則可選擇錨桿、鋼筋梯梁、鐵托板、金屬網(wǎng)等器材,同時(shí)要嚴(yán)格加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的管理,以保證運(yùn)輸巷圍巖條件并解決施工過(guò)程中爆破產(chǎn)生的問(wèn)題。在進(jìn)行爆破時(shí)可采用“預(yù)留爆破”的爆破方法,爆破所用的炸藥量不能太多,可通過(guò)“手稿成形”等人工手段完成挖掘任務(wù),能在一定程度上保證煤礦施工質(zhì)量。另外,在挖掘時(shí)要注意控制循環(huán)進(jìn)度,盡量減少頂板和兩幫的暴露時(shí)間和面積,爆破后要對(duì)巷道斷面及時(shí)進(jìn)行支護(hù),防止巷道的頂板出現(xiàn)離層或脫落現(xiàn)象。挖掘時(shí)可根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件適當(dāng)安排兩臺(tái)錨桿機(jī),以做到上文提到的卸壓孔的打鉆和安裝錨桿同時(shí)進(jìn)行,加固支護(hù)結(jié)構(gòu)。鋪網(wǎng)時(shí)嚴(yán)格要求金屬網(wǎng)的質(zhì)量,以對(duì)頂板和兩幫產(chǎn)生理想的徑向約束作用。一般支護(hù)工作完成后還要對(duì)煤幫按照先上后下的順序?qū)蓭瓦M(jìn)行刷幫,注意要預(yù)留煤幫,預(yù)留的煤幫一般與掘進(jìn)迎頭相差3排左右的錨桿,而錨索則滯后于錨桿3米左右。
實(shí)踐證明,采用以上綜合技術(shù)會(huì)基本穩(wěn)定巷道圍巖變形問(wèn)題,支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠有效地起到支護(hù)作用,且錨網(wǎng)帶等材料費(fèi)明顯少于U型鋼拱形可縮性支架材料,能更有效地提高煤礦工程中回采巷道技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)兼具安全可靠的優(yōu)點(diǎn),施工過(guò)程做到“防患于未然”,能夠明顯減少安全質(zhì)量事故的發(fā)生。
5 總結(jié)
回采巷道挖掘工作環(huán)境一般比較復(fù)雜,要針對(duì)不同的工作環(huán)境要采取不同的控制技術(shù)和器材材料來(lái)解決支護(hù)等問(wèn)題,讓巷道變形程度達(dá)到最低,以穩(wěn)定的支護(hù)系統(tǒng)保持巷道圍巖的穩(wěn)定性,避免巷道修復(fù)和維護(hù)帶來(lái)的不必要的經(jīng)濟(jì)損失,保證煤礦正常生產(chǎn)。
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