上莊煤礦3102機(jī)運(yùn)巷支護(hù)技術(shù)研究與位移監(jiān)測分析①

摘 要：本文針對上莊煤礦3102機(jī)運(yùn)巷具體的地質(zhì)條件，結(jié)合圍巖性質(zhì)和圍巖強(qiáng)度進(jìn)行力學(xué)分析，對原有支護(hù)方式及支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對支護(hù)后的巷道頂?shù)装搴蛢蓭臀灰屏窟M(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，對3102機(jī)運(yùn)巷圍巖支護(hù)控制技術(shù)進(jìn)行了研究和分析，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)運(yùn)巷 支護(hù)參數(shù) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 監(jiān)測

中圖分類號：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（a）-0058-02

1 工作面地質(zhì)概況

上莊煤礦3102運(yùn)巷掘進(jìn)工作面東高西低、南高北低，運(yùn)巷口與切眼高差140 m，坡度為9.6°，該工作面東側(cè)為3102工作面（設(shè)計(jì)），西側(cè)為3103工作面（已采），南側(cè)為31采區(qū)上部回風(fēng)巷，南側(cè)為井田邊界。

本工作面所采煤層為3#煤，地質(zhì)狀況為二疊系下統(tǒng)山西組下部的3#煤層，平均厚度為2.03 m，容重1.45 t/m3，均為貧煤，含夾矸0～2層，厚0.01～0.30 m。偽頂為碳質(zhì)泥巖，厚度為0.3 m，黑色不穩(wěn)定；直接頂板為泥巖，厚度1.8 m，灰白色，薄層狀，水平紋理；老頂為砂巖，厚度8.7 m，細(xì)到中粒，灰白色厚層狀，石英為主，分選性差；底板為砂質(zhì)泥巖，厚度4.7 m，深灰色，中厚層狀，均勻?qū)永?，含大量植物根部化石?/p>

2 巷道支護(hù)形式的確定

上莊煤礦3102機(jī)運(yùn)巷設(shè)計(jì)斷面為3.6 m×2.4 m（梁×腿）梯形工鋼棚，棚距1 m，掘進(jìn)毛斷面積為10.08 m2，凈斷面積為8.46 m2。原支護(hù)形式采用梯形工鋼剎桿、拉桿梯形棚鋪頂網(wǎng)支護(hù)。但由現(xiàn)場實(shí)踐和工程分析，原支護(hù)方式無法滿足正常的安全生產(chǎn)，現(xiàn)根據(jù)巷道的圍巖性質(zhì)、圍巖強(qiáng)度對本工作面的支護(hù)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算綜合確定巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的支護(hù)方式[1]。

2.1 臨時(shí)支護(hù)

掘進(jìn)施工采用EBZ-75掘進(jìn)機(jī)割煤，最大控頂距不大于1.2 m。

頂板臨時(shí)支護(hù)：使用帶螺母活動(dòng)吊環(huán)擰在已打設(shè)好的頂錨桿上，用來固定超前支護(hù)桿，用二根2寸鋼管穿在吊環(huán)內(nèi)隨掘前移，2寸鋼管懸臂伸出長度始終保證將待架棚支撐起來，臨時(shí)支護(hù)桿后端掛設(shè)小鏈向前固定在吊環(huán)或頂網(wǎng)上。

正面煤墻臨時(shí)支護(hù)：打設(shè)玻璃鋼錨桿掛網(wǎng)進(jìn)行臨時(shí)維護(hù)。

2.2 永久支護(hù)

2.2.1 頂板支護(hù)方式

（1）頂板錨桿。

錨桿形式和規(guī)格：使用左旋螺紋鋼強(qiáng)力錨桿，專用錨桿鋼材，牌號SMG500，規(guī)格為Ф22 mm×2200 mm。

錨桿配件：錨桿托盤采用120 mm×120 mm×12 mm高強(qiáng)拱形托盤和高強(qiáng)螺母。

錨固方式：加長樹脂錨固，鉆孔直徑為30 mm，錨固劑規(guī)格為K2335和Z2360各一卷，K2335錨固劑在上，Z2360錨固劑在下。

網(wǎng)片規(guī)格：金屬網(wǎng)采用8#鉛絲編制的經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)格為40 mm×40 mm，頂板金屬網(wǎng)規(guī)格為4000 mm×1100 mm，相鄰網(wǎng)搭接100 mm，金屬網(wǎng)搭接處均采16#用鉛絲鈕扣聯(lián)結(jié)，雙絲雙扣，孔孔相連。

鋼筋梯子梁規(guī)格：采用鋼筋梯子梁將頂板連成一個(gè)整體，梯子梁采用Ф14 mm的鋼筋自行制作，長度為3700 mm。

錨桿扭矩：安裝錨桿時(shí)，先使用錨桿鉆機(jī)安裝錨桿攪拌樹脂錨固劑，并使用風(fēng)動(dòng)扭矩扳手使錨桿預(yù)緊力矩達(dá)到規(guī)定要求，錨桿安裝預(yù)緊力矩不小于400 N·m（錨桿預(yù)緊力約為60 kN）。

錨桿布置：頂板為5根錨桿，間距925 mm，兩側(cè)錨桿距離兩幫150 mm；錨桿排距為1000 mm。

錨桿角度：全部垂直頂板布置。

（2）頂板錨索。

錨索形式和規(guī)格：采用1×7股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線制，直徑18.9 mm；錨索長度定為6300 mm，每2 m在巷中布置一根錨索，錨索垂直頂板布置；當(dāng)頂板壓力較大或者頂板破碎時(shí)，打設(shè)兩根錨索并用10#槽鋼將其連接成一個(gè)整體。

錨索錨固方式：錨索錨固方式：采用一支K2335和兩支Z2360樹脂藥卷錨固，錨固長度1800 mm。

錨索托盤：采用300 mm×300 mm×16 mm高強(qiáng)度鐵托板及配套鎖具。承載能力不低于400 kN。

錨索預(yù)緊力：錨索預(yù)緊力應(yīng)≥150 kN（預(yù)應(yīng)力損失后）承載能力不低于400 kN。

2.2.2 兩幫支護(hù)方式

錨桿形式和規(guī)格：使用左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，專用錨桿鋼材，牌號為MG500，規(guī)格為Ф22 mm×2200 mm[2]。

錨桿配件：錨桿托盤采用120 mm×120 mm×10 mm高強(qiáng)拱形托盤和高強(qiáng)螺母。

錨固方式：加長樹脂錨固，鉆孔直徑為30 mm，錨固劑規(guī)格為K2335和Z2360各一卷，先裝入K2335錨固劑，再裝入Z2360錨固劑；

網(wǎng)片規(guī)格：金屬網(wǎng)采用16#鉛絲編制的經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)格為40 mm×40 mm，金屬網(wǎng)規(guī)格為2400 mm×1100 mm，相鄰網(wǎng)搭接約100 mm，金屬網(wǎng)搭接處均采16#用鉛絲鈕扣聯(lián)結(jié)，雙絲雙扣，孔孔相連。

鋼筋梯子梁規(guī)格：采用鋼筋梯子梁將幫部連成一個(gè)整體，梯子梁采用Ф14 mm的鋼筋自行制作，長度為2000 mm。

錨桿扭矩：安裝錨桿時(shí)，先使用錨桿鉆機(jī)安裝錨桿攪拌樹脂錨固劑，并使用風(fēng)動(dòng)扭矩扳手使錨桿預(yù)緊力矩達(dá)到規(guī)定要求，錨桿安裝預(yù)緊力矩不小于300 N·m（錨桿預(yù)緊力約為40 kN）頂?shù)撞垮^桿，距離頂?shù)装?00 mm。

錨桿布置：每幫為3根錨桿，間距1000 mm，排距1000 mm。錨桿角度：錨桿垂直巷道幫部和水平布置。

3 礦壓觀測及結(jié)果分析

3.1 測站設(shè)置及礦壓觀測

通過測試錨桿受力和巷道圍巖位移分布，就可比較全面地了解錨桿支護(hù)的工作狀態(tài)，進(jìn)而驗(yàn)證或修改錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)，并保證巷道的安全狀態(tài)。

根據(jù)現(xiàn)場圍巖變形情況每30～40 m在巷道支護(hù)后及時(shí)布設(shè)一處測站，測站包括兩個(gè)巷道表面位移監(jiān)測斷面，一個(gè)頂板離層監(jiān)測斷面，一個(gè)錨桿受力監(jiān)測斷面，一個(gè)錨索受力測站。測試斷面布置的當(dāng)天進(jìn)行第一次測量，以后每天觀測一次，20天后每3天觀測一次；各測點(diǎn)的位置以外露鋼筋的頂端平面為基準(zhǔn)，測量要認(rèn)真，讀數(shù)要準(zhǔn)確，并做好記錄[3]。

3.2 觀測結(jié)果分析

根據(jù)對試驗(yàn)段測站的連續(xù)觀測記錄數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，巷道的兩幫表面移近量及頂?shù)装逡平咳鐖D1。

從圖中巷道表面位移量監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，巷道兩幫移近量最大達(dá)到212 mm，巷道頂?shù)装逡平孔畲筮_(dá)到238 mm，且頂?shù)装遄冃瘟柯源笥趦蓭妥冃瘟俊Ｔ谙锏谰蜻M(jìn)初期，巷道變形速度較大，但隨著掘進(jìn)后時(shí)間的增加及巷道繼續(xù)向前掘進(jìn)，巷道圍巖逐漸穩(wěn)定，巷道兩幫移近速度和頂?shù)装逡平俣榷即蠓葴p緩，32天左右后就逐漸減緩。

總體來看，上莊煤礦3102機(jī)運(yùn)巷在掘進(jìn)后的32天左右位移量逐漸趨于穩(wěn)定，并且巷道的頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃瘟慷伎刂朴邢薜姆秶畠?nèi)，說明巷道采用的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，保證了礦井的正常安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳光炎，陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999：138-140.

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[3]毛萬發(fā).錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在大型硐室的應(yīng)用[J].中國礦業(yè)，2007（12）：79-80.