大傾角特厚煤層錯(cuò)層位布置切眼的施工方案

章之燕，孫守雨

(1.開(kāi)灤 (集團(tuán))有限責(zé)任公司唐山礦業(yè)分公司，河北唐山063000;2.中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)巖石力學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，北京100013;3.北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京100013)

在大傾角特厚煤層中，綜放工作面巷道的布置形式通常是回風(fēng)巷沿底運(yùn)輸巷沿頂布置。因此在施工切眼時(shí)，按照一般的施工工序是由運(yùn)輸巷向回風(fēng)巷上山施工，這就要在運(yùn)輸巷開(kāi)口必須托三角煤，由頂板按設(shè)計(jì)坡度旋轉(zhuǎn)托頂煤施工，這樣給切眼的施工和支護(hù)工作帶來(lái)很多困難，在煤層較軟或?qū)永砉?jié)理較發(fā)育時(shí)往往會(huì)發(fā)生抽冒現(xiàn)象，同層位布置不但掘進(jìn)工序復(fù)雜、進(jìn)度慢，而且當(dāng)施工設(shè)計(jì)方案和支護(hù)出現(xiàn)問(wèn)題有可能造成事故或設(shè)計(jì)切眼報(bào)廢等。

開(kāi)灤唐山礦Y294綜放工作面巷道根據(jù)煤層賦存條件實(shí)施了錯(cuò)層布置，并通過(guò)實(shí)踐對(duì)切眼的施工方案、支護(hù)形式、工序等進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 Y294工作面地質(zhì)條件與巷道布置

開(kāi)灤唐山礦Y294工作面位于岳胥區(qū)11水平，煤層沉積較穩(wěn)定，煤層傾角較大，在27～33°之間，平均32°，厚度9.712m，平均在11.2m左右。煤層硬度較大，資料分析該煤層局部有夾石，厚度1.0～1.8m，巖性為黑色炭質(zhì)泥巖，煤層的層理節(jié)理較為發(fā)育。

由于煤層厚度較大，平均傾角在32°，為提高資源采出率，運(yùn)輸巷采用了沿煤層頂板布置，回風(fēng)巷沿煤層底板布置形式，切眼由運(yùn)輸巷沿頂板按設(shè)計(jì)角度旋轉(zhuǎn)施工找煤層底板的施工方法，找到煤層底板后沿底板與回風(fēng)巷貫通。工作面在回風(fēng)巷采用高位瓦斯抽放鉆孔抽放工作面采空區(qū)瓦斯，瓦斯抽放鉆場(chǎng)在回風(fēng)巷水平掘進(jìn)至煤層頂板后布置鉆場(chǎng)。工作面巷道及切眼布置如圖1所示。

圖1 工作面巷道及切眼布置

工作面回風(fēng)巷沿底布置，托煤頂施工，設(shè)計(jì)采用29U可縮性金屬拱形支架支護(hù);運(yùn)輸巷沿頂板布置，采用4.5m×2.8m規(guī)格的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù);工作面切眼設(shè)計(jì)采用全煤錨網(wǎng)索支護(hù)，切眼設(shè)計(jì)斷面為8.0m×2.8m。

2 切眼施工設(shè)計(jì)

Y294切眼由運(yùn)輸巷的設(shè)計(jì)位置開(kāi)始掘進(jìn)施工，與運(yùn)輸巷夾角為90°。采用由頂找底的旋轉(zhuǎn)施工方法，開(kāi)口按4.5°上山施工2m，然后按每掘進(jìn)施工1.5m增加1.5°坡度上山找底，預(yù)計(jì)施工至28m位置見(jiàn)底，找到底后沿底坡度上山施工，施工設(shè)計(jì)方案如圖2所示。由于切眼施工斷面較大，寬度為8m，因此設(shè)計(jì)采用二次施工方案，即第一次施工寬度為4.5m，第二次施工寬度為3.5m，施工高度不小于2.8m，支護(hù)采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

3 切眼施工方法

3.1 施工準(zhǔn)備

由于工作面傾斜角度較大，在27～33°之間，當(dāng)運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)支護(hù)時(shí)，其左幫高度可達(dá)4.15m左右，這樣從運(yùn)輸巷施工切眼開(kāi)口時(shí)就必須將煤層托住。因此，先在開(kāi)口處巷道的左幫距底板3.0m位置緊貼1排鋼帶，寬度與切眼設(shè)計(jì)寬度相同，配合φ22mm×2400mm右旋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿對(duì)煤體進(jìn)行加固，錨桿角度上仰10～15°，在鋼帶下方緊貼鋼帶平行布置4根錨索，錨索φ17.8mm×6500mm，錨索上仰60～80°。施工準(zhǔn)備支護(hù)布置見(jiàn)圖3。

圖3 施工準(zhǔn)備支護(hù)布置

3.2 開(kāi)口施工

在做好開(kāi)口準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，按照以下作業(yè)與支護(hù)方式分段施工:

(1)開(kāi)口0～5m范圍內(nèi) 以風(fēng)鎬配合手鎬施工為主，先在頂部擴(kuò)刷出300～400mm，打上“W”鋼帶+錨網(wǎng)支護(hù)，完成上頂支護(hù)后再處理下部煤體，上頂錨網(wǎng)支護(hù)排距為300～400mm，眼距700mm，以此方法施工5m。當(dāng)施工過(guò)程中遇下方煤體較硬，手鎬、風(fēng)鎬施工困難時(shí)，配合放震動(dòng)炮輔助施工，但在距上頂1m范圍不得放炮，放炮眼數(shù)不超過(guò)10個(gè)，每眼裝藥量不超過(guò)150g，炮眼間距400～600mm，眼深0.6～0.7m。每施工完4排錨網(wǎng)支護(hù)后及時(shí)對(duì)上頂采用錨索進(jìn)行加固支護(hù)，錨索采用φ17.8mm×6500mm，開(kāi)口施工支護(hù)布置如圖4所示。

(2)5～15m范圍內(nèi) 上頂繼續(xù)采用風(fēng)鎬配合手鎬施工為主，距上頂1.0m范圍不準(zhǔn)放炮。1.0m以下可布置放振動(dòng)炮配合，炮眼可布置15個(gè)，每眼裝藥量不超過(guò)200g，炮眼間距400～600mm，眼深0.7～0.8m，錨網(wǎng)支護(hù)排距400～500mm，眼距700mm，錨索按設(shè)計(jì)隨施工隨加打，不得空班，錨索采用φ17.8mm×12000mm。施工支護(hù)布置見(jiàn)圖4。

圖4 開(kāi)口施工支護(hù)布置

(3)15～30m范圍內(nèi) 錨網(wǎng)支護(hù)排距為500～600mm，眼距 700mm，錨索采用 φ17.8mm×12000mm，該范圍可按設(shè)計(jì)炮眼布置和裝藥量進(jìn)行正常放炮施工。當(dāng)施工15m范圍以后錨索距迎頭距離不得超過(guò)10m，如遇地質(zhì)變化、上頂破碎時(shí)，錨索緊跟迎頭，隨掘隨打，并適當(dāng)加密錨索。施工支護(hù)布置見(jiàn)圖5所示。

圖5 15～30m施工支護(hù)布置

(4)30m以后 錨網(wǎng)支護(hù)排距為600mm，眼距700mm，錨索采用φ17.8mm×12000mm，該范圍可按設(shè)計(jì)炮眼布置和裝藥量進(jìn)行正常放炮施工。施工支護(hù)如圖6所示。

圖6 30m以后支護(hù)布置

3.3 施工錨網(wǎng)索技術(shù)要求

頂錨桿采用φ22mm×2400mm右旋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，每眼3個(gè) CK2333型樹(shù)脂藥包或1個(gè)CK2333與1個(gè)K2350型樹(shù)脂藥包搭配使用，上頂使用2塊2.3m“W”型鋼帶對(duì)接1個(gè)眼孔，托盤(pán)為高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力托盤(pán)，頂網(wǎng)采用1.0m×5.0m的12號(hào)鉛絲編制的菱形網(wǎng)。頂錨桿垂直頂板布置，偏差≤5°，每排兩側(cè)的頂錨桿與頂板法線方向向巷幫側(cè)傾斜20～30°。兩側(cè)的頂錨桿距巷幫超過(guò)200mm時(shí)，補(bǔ)打單根頂錨桿，托盤(pán)使用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力托板加木墊，頂錨桿預(yù)緊力矩達(dá)到100N·m以上。

工作面?zhèn)茸钌弦慌艓湾^桿采用 φ20mm×2200mm等強(qiáng)右旋螺紋鋼錨桿，托盤(pán)為高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力圓托盤(pán)配合200mm×200mm×40mm的木墊使用;第二排向下采用φ20mm×2000mm的玻璃鋼錨桿，托板采用配套塑料托板，直徑120mm，厚8～12mm，配合200mm×200mm×40mm的木墊使用，采空區(qū)側(cè)幫錨桿采用φ20mm×2200mm等強(qiáng)右旋螺紋鋼錨桿，托盤(pán)為高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力圓托盤(pán)配合200mm×200mm×40mm的木墊使用;每眼使用2個(gè)CK2333型樹(shù)脂藥包或1個(gè)K2350型樹(shù)脂藥包;幫網(wǎng)采用2800mm×1700mm的12號(hào)鉛絲菱形金屬網(wǎng)。施工幫錨桿前，要用手鎬將巷幫刷平刷齊，金屬網(wǎng)要鋪平繃緊。每幫幫錨桿均采用“五花眼”布置，間距0.6m，排距0.8～1.0m，最上一排距頂板不大于300mm，最下一排距底板不大于500mm，幫錨桿預(yù)緊力矩達(dá)到60N·m以上。

錨索補(bǔ)強(qiáng)要求:0～5m范圍采用φ17.8 mm×6500mm的錨索，并要當(dāng)班打;5m以后采用φ17.8 mm×12000mm的錨索，每個(gè)錨索眼使用2個(gè)CK2333型與2個(gè)K2350型樹(shù)脂錨固劑搭配使用錨固，錨索托梁采用長(zhǎng)度≥800mm的25U型支撐鋼配高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力托盤(pán)。張拉預(yù)緊力要求達(dá)到100kN以上。

4 施工成果分析

上述切眼施工和支護(hù)方法較為復(fù)雜，但達(dá)到了施工設(shè)計(jì)和安裝條件的目的，因此，對(duì)類(lèi)似工程施工有一定的借鑒作用。

(1)通過(guò)細(xì)致的施工設(shè)計(jì)和組織，完成了Y294工作面下部切眼的旋轉(zhuǎn)施工，實(shí)現(xiàn)了工作面巷道的錯(cuò)層位布置，在生產(chǎn)過(guò)程中減緩了工作面支架的下滑，為安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

(2)在大傾角煤層條件下，由于切眼是由頂找底按一定的旋轉(zhuǎn)角度施工，在施工過(guò)程中，必須每隔2～5m要探頂煤和底板情況，及時(shí)掌握頂?shù)酌旱暮穸?，防止在旋轉(zhuǎn)施工過(guò)程中出現(xiàn)找不見(jiàn)底的問(wèn)題，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

(3)在旋轉(zhuǎn)施工過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)是每施工1.5m變換1次角度，角度變換為1.5°，在現(xiàn)場(chǎng)施工中很難掌握。因此，在施工過(guò)程中測(cè)量工必須跟班測(cè)量，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

(4)在煤層較軟，層理節(jié)理發(fā)育的煤層中施工時(shí)，由于在運(yùn)輸巷開(kāi)口施工是由頂板穿煤層施工，如果采取的施工方案不對(duì)，上頂?shù)拿簩雍茈y托住，尤其是開(kāi)口位置的三角煤就更難托住，必須根據(jù)實(shí)際確定支護(hù)方案。

(5)工作面切眼采用旋轉(zhuǎn)錨網(wǎng)索支護(hù)后，切眼內(nèi)礦山壓力無(wú)明顯顯現(xiàn)，圍巖變形量不大，頂板變形量最大不超過(guò)4mm。在頂煤支護(hù)后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)的不斷提升，進(jìn)行大傾角錯(cuò)層位巷道布置綜采放頂煤工作面開(kāi)切眼施工方法的研究，不僅有利于提高大傾角綜采放頂煤工作面巷道布置形式的開(kāi)切眼施工技術(shù)水平，而且對(duì)于推動(dòng)綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展和提高采出率有著積極作用和意義。

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