關(guān)于10米保安煤柱支護(hù)形式的探索

姚俊義蘇小強(qiáng)

(1.陽城縣人民政府,山西晉城 048000;2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京 100083)

關(guān)于10米保安煤柱支護(hù)形式的探索

姚俊義1蘇小強(qiáng)2

(1.陽城縣人民政府,山西晉城 048000;2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京 100083)

為了解決二盤區(qū)1#和2#瓦斯抽放巷之間10米保安煤柱在將來回采過稱中受采動壓力的影響易發(fā)生上覆巖層破壞、變形的問題,首先對工作面的地質(zhì)狀況進(jìn)行分析,然后了解巷道支護(hù)形式和參數(shù)選擇原則以及設(shè)計原則,最后得出二盤區(qū)工作面的支護(hù)設(shè)計。通過對工作面臨時支護(hù)和永久支護(hù)的具體設(shè)計,從根本上排除10米保安煤柱遺留的安全隱患,確保了井下工作人員的安全。

保安煤柱 支護(hù)設(shè)計 參數(shù)選擇

煤礦地下開采引起上覆巖層破壞、變形，且可延伸到地表。為了保證地面一些重要建筑物和設(shè)施不受地下開采的影響，一般采取留設(shè)保安煤柱的方法加以保護(hù)[1]。10米保安煤柱存在工作面頂板不穩(wěn)定的問題[2]，對巷道支護(hù)方式要求較高。本文運用巷道支護(hù)形式和參數(shù)選擇原則以及支護(hù)設(shè)計原則，針對10米保安煤柱的工作面提出一種具體的支護(hù)方式。

1 工作面地質(zhì)概況

二盤區(qū)1#、2#瓦斯抽放巷位于井田二盤區(qū)內(nèi)，均為沿頂板布置，1#瓦斯抽放巷計劃為3203(上)回采工作面進(jìn)風(fēng)順槽，2#瓦斯抽放巷計劃為3201(上)回采工作面回風(fēng)順槽，兩工作面間凈煤柱尺寸為10米，該掘進(jìn)工作面煤層屬比較穩(wěn)定性煤層，煤層賦存穩(wěn)定；煤硬度為f=3－4。

2 巷道支護(hù)形式和參數(shù)選擇原則

針對二盤區(qū)1#和2#瓦斯抽放巷保安煤柱地質(zhì)及生產(chǎn)條件，根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)和晉城市煤炭設(shè)計室設(shè)計并編制的《巷道錨桿支護(hù)設(shè)計研究報告》，為了充分發(fā)揮支護(hù)的作用，提出以下幾點設(shè)計：

(1)巷道頂板增加錨索支護(hù)密度。1#、2#瓦斯抽放巷保安煤柱為10米，頂板需要加強(qiáng)支護(hù)，由原來頂板“三花眼”布置改為“雙錨索”布置，間距不變[3]。(2)1#、2#瓦斯抽放巷之間保安煤柱加強(qiáng)支護(hù)[4]。巷道開挖后，靠近周邊的圍巖由原來的三向受壓狀態(tài)變成了二向受力狀態(tài)，其強(qiáng)度大大降低，安裝錨索、錨桿提供了側(cè)向約束，使巖石恢復(fù)到三向受力狀態(tài)，因此在1#瓦斯抽放巷左幫、2#瓦斯抽放巷右?guī)屠缅^索配合錨桿加強(qiáng)支護(hù)。

3 設(shè)計原則

3.1 支護(hù)參數(shù)確定原則

(1)支護(hù)設(shè)計確保支護(hù)安全，避免在服務(wù)期間進(jìn)行維修或僅進(jìn)行局部維修。(2)支護(hù)參數(shù)和支護(hù)材料規(guī)格具有較好的適應(yīng)性和施工可行性，盡可能采用統(tǒng)一的支護(hù)參數(shù)和材料規(guī)格。(3)支護(hù)設(shè)計要在保證支護(hù)質(zhì)量的同時有利于提高巷道掘進(jìn)速度[5]。(4)在滿足前三項原則的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理。

3.2 支護(hù)參數(shù)確定依據(jù)

(1)已掘巷道現(xiàn)有支護(hù)狀況和礦壓觀測數(shù)據(jù)。(2)理論分析及數(shù)值計算成果。(3)二盤區(qū)采區(qū)工作面詳細(xì)地質(zhì)資料。(4)現(xiàn)有科技成果和工程實踐經(jīng)驗。

4 二盤區(qū)工作面支護(hù)設(shè)計

二盤區(qū)1號瓦斯抽放巷采用樹脂加長錨固組合錨桿支護(hù)，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)。

4.1 臨時支護(hù)

前探梁采用Φ76mm金屬鋼管制作，長度3.0m，用樹脂錨桿和吊環(huán)固定，吊環(huán)采用16#圓鋼制作，每根前探梁不少于2個吊環(huán)；吊環(huán)用配套的錨桿螺母固定，所用樹脂錨固劑不少于2塊，錨固力不小于80kN/根；前探梁最大控頂距離1.2m。前探梁數(shù)量為兩根，每根前探梁兩個吊點。采用金屬前探梁為臨時支護(hù)[6]，打注錨桿必須在前探梁掩護(hù)下進(jìn)行；割煤后，由一人監(jiān)護(hù)、一人站在安全地點用長柄工具找凈頂部浮煤(矸)活石，然后向前聯(lián)接鐵絲網(wǎng)，保證與前網(wǎng)片搭接不少于15cm，確認(rèn)合格后，然后向前串移前探梁，前探梁上方放好背板，背板上邊鋪有鐵絲網(wǎng)，并用背板、木剎把頂板和前探梁接實，起到超前支護(hù)的作用；臨時支護(hù)完成后根據(jù)工作面掌頭煤幫情況打注木錨桿進(jìn)行臨時支護(hù)，預(yù)防在作業(yè)期間工作面掌頭出現(xiàn)片幫隱患，所打木錨桿至少兩組，如工作面掌頭煤質(zhì)較軟或存在“油口”時，可多打木錨桿進(jìn)行臨時支護(hù)，確保安全；其木托盤規(guī)格為：長1～1.2m，寬15～20cm，厚8～10cm。

4.2 永久支護(hù)

采用樹脂加長錨固組合錨桿支護(hù)，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)。

(1)頂板支護(hù)；掘進(jìn)時頂板采用樹脂加長錨固組合錨桿支護(hù)，錨索補(bǔ)強(qiáng)。錨桿的形式和規(guī)格：選用目前最常用的MSGLW-335/20× 2000型，無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿金屬桿體，長度為2000mm(± 10mm)，極限抗拉強(qiáng)度≥490MPa，屈服強(qiáng)度≥335MPa，延伸率≥15%；桿體尾部螺紋承載力≥105KN，采用滾壓加工工藝成型。

托板：采用拱形高強(qiáng)度鐵托板，力學(xué)性能和錨桿桿體配套，規(guī)格為130×130×8mm，托盤承載力≥105KN。鋼筋梯規(guī)格：選用直徑為12mm的鋼筋來制作鋼筋梯。頂板鋼筋梯長度3800mm，寬度80mm，限位孔間距900mm；網(wǎng)片規(guī)格：采用12#鐵絲編制的金屬網(wǎng)護(hù)頂，使用的網(wǎng)片規(guī)格為1200×6000mm，網(wǎng)孔規(guī)格均為50×50mm的菱形網(wǎng)。錨固方式：樹脂加長錨固，頂板每根錨桿選用MSCK2335(一卷)、MSZ2360(一卷)的樹脂錨固劑，一卷為超快速，另一卷為中速。錨桿的錨固長度0.9m，錨桿安裝的預(yù)緊力矩不低于120N.m。錨桿布置：巷道前20米錨桿排距為900mm，每排6根錨桿，間距為900mm；20米后錨桿排距為900mm，每排5根錨桿，間距為900mm。錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度與鉛垂線成30°，其余的垂直于頂板。錨索：巷道開口前20米，頂板錨索采用“五花眼”布置，排距為1.8m(兩排錨桿)，對于任意相鄰的兩排錨索，第一排為三個錨索，另一排為兩個錨索；巷道在掘進(jìn)20米后，頂板錨索改為呈“雙錨索”布置，排距為1.8m(兩排錨桿)；本工作面所安設(shè)錨索型號為：SKP15-1/1860，規(guī)格為：φ15.24×8300mm；每根錨索采用MSCK2335(兩卷)、MSK2360(兩卷)兩種速度的樹脂藥卷進(jìn)行錨固，安裝預(yù)緊力不低于100kN，不高于120kN；錨索托盤為300mm×300mm×16mm的方形鋼板，其中心孔徑為20mm；如在掘進(jìn)過程中如頂板較破碎，可適當(dāng)加打錨索或縮小支護(hù)距離進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)[7]。

(2)巷幫支護(hù)；錨桿的形式和規(guī)格：左(右)幫與頂板一樣的鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，選用目前最常用的MSGLW-335/20×2000型，無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿金屬桿體，長度為2000mm(±10mm)，極限抗拉強(qiáng)度≥490MPa，屈服強(qiáng)度≥335MPa，延伸率≥15%；桿體尾部螺紋承載力≥105KN，采用滾壓加工工藝成型；巷道在掘進(jìn)40米后，巷道右(左)幫采用MGSL20/2000F，20#玻璃鋼錨桿，長度為2000mm(± 10mm)進(jìn)行支護(hù)，頂錨桿與左幫錨桿不變。托板：鋼錨桿采用拱形高強(qiáng)度鐵托板，力學(xué)性能和錨桿桿體配套，規(guī)格為130×130×8mm，托盤承載力≥105KN；玻璃鋼錨桿采用拱形高強(qiáng)度塑料托板，力學(xué)性能和錨桿桿體配套，規(guī)格為120×10mm，托盤承載力≥70KN。鋼筋梯規(guī)格：兩幫鋼筋梯長度2600mm，寬度80mm，限位孔間距800mm。采用直徑為φ12mm圓鋼焊接而成。網(wǎng)片規(guī)格：采用12#鐵絲編制的金屬網(wǎng)護(hù)幫，使用的網(wǎng)片規(guī)格為1200×6000mm，網(wǎng)孔規(guī)格均為50× 50mm的菱形網(wǎng)，與上層網(wǎng)片搭接上都不少于15cm，且保證搭接長度及強(qiáng)度符合規(guī)定。錨固方式：樹脂加長錨固，巷幫每根錨桿選用MSCK2335(一卷)、MSZ2360(一卷)的樹脂錨固劑，一卷為超快速，另一卷為中速。錨桿的錨固長度0.9m，錨桿安裝的預(yù)緊力矩不低于100N.m/40N.m。錨桿布置：巷幫錨桿排距為900mm，每排每幫4根錨桿，間距為800mm。錨桿角度：靠近頂、底板的巷幫錨桿安設(shè)角度與水平線成30°，其余的垂直巷幫。為保證將來布置回采工作面在回采過程中受采動壓力影響，決定在巷道掘進(jìn)過程中每隔2.7米(三排錨桿)，在其巷道左幫與2號瓦斯抽放巷用錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，所支設(shè)錨索呈“三花眼”進(jìn)行布置，且必須保證1#、2#瓦斯抽放巷錯開布置，錨索安裝角度與煤壁呈37度夾角，其中一排布置一根錨索位于左(右)幫正中，距頂?shù)装甯?.4米，另一排布置兩根錨索，距頂?shù)装甯?.4米，所安設(shè)錨索型號為：SKP15-1/1860，規(guī)格為：φ15.24× 10300mm；錨索托盤為300mm×300mm×16mm的方形鋼板，其中心孔徑為20mm，采用錨索兩頭各安設(shè)鎖具進(jìn)行安裝。

5 結(jié)語

采用包括試驗點調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計、井下監(jiān)測和信息反饋、修正設(shè)計和日常監(jiān)測的動態(tài)信息設(shè)計方法，才是符合井下巷道圍巖特性的科學(xué)的設(shè)計方法。臨時支護(hù)與永久支護(hù)一起作用，從而消除10米保安煤柱存在的工作面頂板及巷道不穩(wěn)定的安全隱患。支護(hù)后應(yīng)不間斷進(jìn)行監(jiān)測，保證巷道安全。

[1]韓炎斌,劉雅俊,等.簡化保安煤柱的留設(shè)方法[J].煤,1998(3):56-57.

[2]W.豪普特,F.朔貝爾,A.施羅卡,馮克浦.關(guān)于保安煤柱和保護(hù)范圍尺寸的確定[J].礦山測量,1985(2).

[3]馬建榮,齊海泉.錨桿支護(hù)巷道冒頂事故分析及預(yù)防措施[J].科技資訊,2008(1).

[4]康紅普.鄰近開巷卸壓法維護(hù)軟巖大斷面硐室的研究與實踐[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1993(1).

[5]康紅普,姜鐵明,高富強(qiáng).預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計[J].煤炭學(xué)報,2008(7).

[6]王瑞濤,郭克寶,鄧重青,曾慶科.淺談掘進(jìn)工作面臨時支護(hù)的改進(jìn)[J].山東煤炭科技,2008(5).

[7]楊更社.軟巖巷道錨噴支護(hù)施工的實踐[J].河北煤炭,1990(3).

姚俊義(1974—),男,山西晉城人,本科,畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院,通風(fēng)工程師和注冊安全工程師,現(xiàn)就任山西省陽城縣政府縣長助理,研究方向:現(xiàn)場管理,礦井通風(fēng);蘇小強(qiáng)(1933—),男,內(nèi)蒙古鄂爾多斯市人,碩士研究生,就讀于中國礦業(yè)大學(xué)(北京)安全工程專業(yè),研究方向:安全管理,礦井通風(fēng),瓦斯爆炸。