淺談大采高綜采工作面切眼大斷面支護(hù)技術(shù)

王貽勤

(神華烏海能源利民煤焦公司煤礦,內(nèi)蒙古烏?！?16040)

淺談大采高綜采工作面切眼大斷面支護(hù)技術(shù)

王貽勤

(神華烏海能源利民煤焦公司煤礦,內(nèi)蒙古烏海016040)

大斷面切眼成巷的關(guān)鍵是支護(hù)技術(shù)。本文總結(jié)了特大斷面成巷掘進(jìn)工藝及頂板支護(hù)技術(shù)的先進(jìn)做法和成功經(jīng)驗(yàn)。

大斷面切眼支護(hù)技術(shù)

大采高綜采工作面切眼為寬斷面，是由工作面切眼內(nèi)所要安裝的一整套大采高綜采設(shè)備確定的斷面尺寸。2013年11月神華烏海能源公司利民煤焦公司煤礦于裝備了一套6.3m大采高綜采設(shè)備，工作面切眼設(shè)備安裝遵循的順序，首先是先擺放支架，然后安裝刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)等設(shè)備。根據(jù)所安裝的這些設(shè)備，要求切眼斷面尺寸要達(dá)到寬×高=9500mm×4000mm，如此寬的巷道不可能一次掘到位，需要二次擴(kuò)幫方可成巷。關(guān)鍵的問題如何控制切眼寬斷面成巷的頂板，頂板的支護(hù)技術(shù)尤為重要。

1　工作面概況

利民煤焦公司煤礦大采高綜采首采Ⅱ011603工作面，位于16#煤層1采區(qū)，走向長(zhǎng)度1200m，工作面傾斜長(zhǎng)240m，煤厚3.34～8.67m，平均厚5.16m，煤層傾角3°～12°，平均為6°。16#煤層偽頂巖性為泥巖，直接頂巖性為砂質(zhì)泥巖，老頂為粉砂巖。Ⅱ011603工作面切眼巷道斷面為矩形，毛寬9.5m，毛高4m，毛斷面面積為38m2，凈寬9.3m，凈高3.9m，凈斷面面積為36.27m2。

2　切眼施工工藝

2.1掘進(jìn)工藝

根據(jù)圍巖穩(wěn)定性分類方案，得到巷道的圍巖穩(wěn)定性分類結(jié)果，沿16#煤層頂板掘進(jìn)的巷道為Ⅳ類不穩(wěn)定巷道 。因?yàn)闆]有充分的掘進(jìn)條件，切眼寬度為9500mm尺寸不可能一次掘夠，所以采用分次截割，二次成巷的方式掘進(jìn)。先使用EBZ-160型掘進(jìn)機(jī)，向前掘進(jìn)5000mm×4000mm(寬×高)斷面的巷道，貫通后再進(jìn)行擴(kuò)幫后達(dá)到安裝設(shè)備要求的9500mm寬度。用EBZ-160型掘進(jìn)機(jī)來完成割煤和裝煤，使用與其配套設(shè)備，來完成臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)工序，用刮板輸送機(jī)和膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤。

2.2支護(hù)工藝

2.2.1支護(hù)形式

該巷為回采巷道，圍巖較松軟;巷道斷面較大，最寬為9500mm，高為4000m。根據(jù)巷道圍巖的地質(zhì)力學(xué)條件，采用錨網(wǎng)錨索+W型鋼帶聯(lián)合支護(hù)，頂板選用φ20×2400mm的螺紋鋼錨桿，兩幫選用φ16 ×1800mm的玻璃鋼錨桿，錨索采用φ17.8×7200mm的鋼絞線。

(1)巷道支護(hù)方式。臨時(shí)支護(hù)方式采用機(jī)載液壓前探梁支護(hù)。頂板永久支護(hù)距工作面最大距離為2.3m，最小為0.5m。幫錨永久支護(hù)最上部?jī)筛喙ぷ髅娌坏么笥?m，下部剩余錨桿距工作面不得大于25m。

(2)確定錨桿(錨索)錨固長(zhǎng)度。①頂板采用φ20mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，兩幫采用φ16mm玻璃鋼錨桿時(shí)的錨固長(zhǎng)度與錨固力。根據(jù)φ20mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿的破斷載荷，φ16mm玻璃鋼錨桿桿體的極限載荷，樹脂藥卷與鉆孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度，因此為保證錨桿盡快獲得錨固力，提高掘進(jìn)速度，并考慮到施工操作速度和不同藥卷凝膠時(shí)間的配合，在實(shí)際施工中，每孔采用MSCK 2360樹脂錨固劑1卷。1卷錨固劑的長(zhǎng)度為則通過計(jì)算確定，頂錨桿每孔實(shí)際錨固長(zhǎng)度為:0.83m，幫錨桿每孔實(shí)際錨固長(zhǎng)度為:0.54m，每根頂板采用錨桿的實(shí)際錨固力為182KN。每根幫錨桿的實(shí)際錨固力為62KN。②確定錨索的錨固長(zhǎng)度與錨固力。根據(jù)錨索的破斷載荷，樹脂藥卷與鉆孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度，則通過計(jì)算確定每孔實(shí)際錨固長(zhǎng)度為:2.04m，每根錨索的實(shí)際錨固力為370KN。錨桿每根使用MSCK 2360型錨固劑一根，錨索每根使用MSCK 2360型錨固劑三根，符合支護(hù)要求。

2.2.2工藝要求

(1)頂錨桿選用Φ20×2400螺紋鋼錨桿，配套使用半球形墊圈，快速安裝的高強(qiáng)螺帽，每根錨桿使用MSCK 2360型錨固劑1根，錨固形式均為端部錨固，錨桿孔深為2300mm，外露螺母長(zhǎng)度為10-40mm，選用100mm×100mm×10mm蝶形鋼托盤。錨固力不小于10t，預(yù)緊力不低于200N.m。其上、下端口10m范圍，頂錨桿間排距為850mm×900mm，呈矩形布置;剩余220m巷道，頂錨桿間排距為900mm×900mm，呈矩形布置。

(2)幫錨桿選用Φ16×1800的玻璃鋼錨桿，快速安裝的高強(qiáng)螺帽，每根錨桿使用MSZ2360型錨固劑1根，錨固形式均為端部錨固，錨桿孔深為1700mm，外露長(zhǎng)度不大于100mm，選用500×300×50木托盤及100mm×100mm×6mm平鋼托盤。錨固力不小于5t，預(yù)緊力不低于70N.m。幫錨桿間排距為1100mm×900mm，均呈矩形布置。

(3)錨索采用Φ17.8mm鋼絞線，L=7200mm，每根錨索使用MSCK 2360型錨固劑3根，錨索孔深為7000mm，錨索外露出鎖具長(zhǎng)度為150-250mm，錨索托盤規(guī)格為300mm×300mm×10mm。錨固力不小于15 t，預(yù)緊力不小于100KN，錨索間排距為2000mm× 2700mm。

(4)巷道頂板鋪設(shè)Ф6鋼筋制作而成的鋼筋網(wǎng)，其網(wǎng)孔規(guī)格為100 ×100mm，重量為4.6kg/m2。每排頂錨桿上，配套增設(shè)W型鋼帶，其規(guī)格為4925×280×2.75mm。切眼回采側(cè)采用雙抗(即抗阻燃、抗靜電)雙向拉伸塑料網(wǎng)，其網(wǎng)孔規(guī)格為35(±5)×35(±5)mm，密度在0.92×103Kg/m3左右;老塘側(cè)不鋪設(shè)塑料網(wǎng)。頂網(wǎng)與頂網(wǎng)、頂網(wǎng)與幫網(wǎng)、幫網(wǎng)與幫網(wǎng)搭接處用雙股14#鐵絲三花狀連接必須要擰夠3圈，壓茬不小于100mm，鏈網(wǎng)間距為200mm。網(wǎng)片壓茬處必須壓接牢固使其緊貼頂板及兩幫煤壁。

(5)巷道二次擴(kuò)幫形成全斷面后，在巷道中心加設(shè)一排木支柱，支柱直徑在(20—24)cm之間，柱距為1800mm。支柱必須穿柱靴，戴柱帽，打在實(shí)底上，保證迎山有力。支柱距離工作面的距離不大于3.5m。

(6)如巷道超高500mm時(shí)，兩幫各補(bǔ)打一根幫錨桿;巷道超寬500mm時(shí)，頂板補(bǔ)打一根頂錨桿。

3　頂錨桿(錨索)幫錨桿支護(hù)參數(shù)校核

3.1頂錨桿長(zhǎng)度校核

頂錨桿通過懸吊作用，以達(dá)到支護(hù)效果的條件，經(jīng)公式計(jì)算校核，實(shí)際所選頂錨桿規(guī)格為φ20×2400mm的螺紋鋼錨桿符合要求。

3.2幫錨桿長(zhǎng)度校核

幫錨桿通過加固幫體作用，以達(dá)到支護(hù)效果的條件，經(jīng)公式計(jì)算校核，實(shí)際所選幫錨桿規(guī)格為φ16×1800mm的玻璃鋼錨桿符合要求。

3.3按錨桿所能懸吊的重量校核錨桿的排距:

考慮每根錨桿懸吊巖體重量，錨桿錨固力，應(yīng)能承擔(dān)懸吊巖體的重量?？紤]安全系數(shù)，實(shí)際錨桿間排距值小于經(jīng)公式計(jì)算校核錨桿間排距值，符合支護(hù)要求。

3.4錨索長(zhǎng)度校核

通過公式計(jì)算校核長(zhǎng)度，實(shí)際所選錨索規(guī)格為φ1 7.8× 7200mm的鋼絞線，符合支護(hù)要求。

3.5懸吊理論校核錨索排距

錨索的主要作用是將錨桿加固的巖層梁懸吊在頂板上部深部的穩(wěn)定巖層中，通過懸吊理論及錨桿錨索共同支護(hù)頂板的實(shí)際情況，按照最嚴(yán)重穩(wěn)定的的冒落方式考慮。此時(shí)，靠巷道兩幫的角錨桿和錨索一起發(fā)揮懸吊作用，在忽略巖體粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力的條件下，取垂直方向的平衡，實(shí)際所選錨索排距值小于通過公式計(jì)算得出錨索排距值，符合支護(hù)要求。

4　支護(hù)工藝流程

每循環(huán)支護(hù)工藝流程為:敲幫問頂——將網(wǎng)片連接好放到機(jī)載液壓前探梁上——機(jī)載液壓前探梁升起將頂網(wǎng)緊貼頂板——打頂板中間的錨桿孔——裝樹脂卷——安裝中間頂板錨桿——用錨桿機(jī)攪拌樹脂卷——打頂板兩邊錨桿孔并安裝錨桿——錨桿二次預(yù)緊。

5　支護(hù)效果

利民煤焦公司煤礦所有掘進(jìn)護(hù)巷道全部采用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合這種支形式。

(1)錨桿支護(hù)所用錨桿一般都比錨索支護(hù)所錨索短，因此錨桿支護(hù)比錨索支護(hù)預(yù)應(yīng)力小，承載能力差。采用錨索支護(hù)是為了保持巷道圍巖更加穩(wěn)定，將錨索深入到深部穩(wěn)定巖石中，預(yù)先給被加固的巖體施加壓應(yīng)力，使巖體的松動(dòng)變形受到限制。

錨索支護(hù)形成的壓縮圈厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于錨桿支護(hù)形成的壓縮圈厚度。錨索支護(hù)可將上部穩(wěn)定巖層和下部錨桿支護(hù)組成的巖層梁復(fù)合在一起形成拱梁，加強(qiáng)和提高了頂板的整體性、穩(wěn)定性、自承能力。

(2)用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)，可大大降低巷道每米支護(hù)費(fèi)用，每年可節(jié)約大量支護(hù)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益比較明顯。

(3)巷道采用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)，其運(yùn)輸空間大、可減少運(yùn)輸量、運(yùn)輸環(huán)節(jié)及支護(hù)材料的消耗，可大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)可避免空頂作業(yè)，短掘短錨能做到及時(shí)支護(hù)，安全生產(chǎn)環(huán)境可得到改善， 帶來顯著的社會(huì)效益。

(4)相對(duì)巷道斷面而言，用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)巷道空間占的少，巷道斷面利用率高，很明顯可降低通風(fēng)阻力，安全生產(chǎn)環(huán)境可得到改善。

6　結(jié)語

(1)在38m2大采高綜采工作面切眼的掘進(jìn)過程中，采用了錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)形式是很理想的，它可對(duì)頂板進(jìn)行有效控制，達(dá)到支護(hù)要求強(qiáng)度。巷道空間占用少，可滿足設(shè)備安裝需求。

(2)從大采高工作面切眼大斷面支護(hù)，采用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)形式來看，證明我們所選用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)形式，規(guī)格、參數(shù)等均能滿足現(xiàn)有頂板管理要求，說明錨網(wǎng)、錨索支護(hù)技術(shù)是非常成熟有效的，應(yīng)該進(jìn)行廣泛推廣使用。

[1]趙興東.井巷工程.冶金工業(yè)出版社,2014年1月第2版.

[2]張登明.煤礦開采方法.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.2009年4月第1版.

[3]苑忠國(guó).采掘機(jī)械.冶金工業(yè)出版社,2009年8月第1版.

[4]錢鳴高,石平五,許家林.礦山壓力巖層控制.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2010年9月第2版.

王貽勤(1963.8—),男,山東昌樂人,本科,內(nèi)蒙古科技大學(xué),研究方向:采煤工程。