工作面運(yùn)輸順槽圍巖錨桿支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

文澤

(河南理工大學(xué) 河南 焦作 454000)

工作面運(yùn)輸順槽圍巖錨桿支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

王耀王文澤何寒月

(河南理工大學(xué)河南焦作454000)

曲江煤業(yè)工作面采用長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化一次采全高采煤方法回采9號(hào)煤層，煤層平均厚1.51m。工作面運(yùn)輸順槽的頂板巖石較為軟弱，易產(chǎn)生坍塌冒落，并且采區(qū)巷道側(cè)壁及底板可能出現(xiàn)“片幫”、“底鼓”現(xiàn)象。本文介紹了常用巷道圍巖控制方法，并結(jié)合曲江煤業(yè)9號(hào)煤層的地質(zhì)條件以及出現(xiàn)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題確定工作面運(yùn)輸順槽的支護(hù)方案為錨桿(索)聯(lián)合支護(hù)，并對(duì)此支護(hù)方案進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與優(yōu)化。

運(yùn)輸順槽；圍巖控制；錨桿(索)聯(lián)合支護(hù)；監(jiān)測(cè)

一、工程地質(zhì)概況

豐城曲江煤業(yè)井田煤層埋藏較淺，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，礦井涌水量較小，屬低瓦斯礦井，煤層傾角平緩(一般3°～6°)，從井田內(nèi)各煤層傾角和厚度看，適宜綜合機(jī)械化采煤。工作面回采9號(hào)煤層，煤層位于太原組中部K4灰?guī)r之上，上距3號(hào)煤層底板約52.83m，下距15號(hào)煤層頂板約37.65m，煤層厚度1.10-1.72m，平均厚1.51m，厚度變異系數(shù)11.92%，可采系數(shù)80%，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含夾矸，頂板一般為砂質(zhì)泥巖或泥巖，底板為泥巖或砂質(zhì)泥巖。井田東北部已剝蝕，其余地段穩(wěn)定可采。9號(hào)煤層為薄及中厚煤層，設(shè)計(jì)9號(hào)煤層選用長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化一次采全高采煤方法。

根據(jù)井田工程地質(zhì)特征，結(jié)合周邊礦井調(diào)查情況分析，開采過(guò)程中可能出現(xiàn)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題有：巷道、采掘工作面及采空區(qū)的軟弱巖石頂板易產(chǎn)生坍塌冒落，尤其是采空區(qū)將發(fā)育高度較大的冒落導(dǎo)水裂隙帶[1]。在長(zhǎng)期開采條件下，3號(hào)、9號(hào)及15號(hào)煤礦坑的冒落導(dǎo)水裂隙帶將會(huì)相互連通。巷道側(cè)壁及底板可能出現(xiàn)“片幫”、“底鼓”現(xiàn)象。建議加強(qiáng)頂板支護(hù)等相關(guān)防治措施。

二、常用巷道圍巖控制方法

(一)棚式支架支護(hù)[2]

破碎圍巖巷道棚式支架配合金屬網(wǎng)護(hù)幫護(hù)頂，可以防止破碎圍巖的瞬時(shí)突然塌落冒頂。但由于棚式支護(hù)為被動(dòng)支護(hù)，難以對(duì)圍巖施加控制變形的預(yù)應(yīng)力，棚式支架隨著圍巖變形的發(fā)生和增加，所承受的圍巖擠壓力增加，實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖變形的抵抗與控制，棚式支架發(fā)揮支護(hù)作用的過(guò)程也是破碎圍巖變形的發(fā)展過(guò)程。

(二)破碎圍巖錨桿、錨索支護(hù)[3][4]

對(duì)新掘巷道圍巖及時(shí)進(jìn)行錨桿錨索支護(hù)并施加足夠的預(yù)緊力，可有效控制圍巖裂隙的張開，使圍巖形成次生承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖承載能力，進(jìn)而防止圍巖擴(kuò)容破壞的發(fā)生，是從根本上解決高應(yīng)力、大斷面巷道圍巖變形破壞的可靠方法。對(duì)于已發(fā)生離層、破壞的巷道破碎圍巖，采用錨桿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)時(shí)，可以阻止圍巖的繼續(xù)離層破壞，有效控制圍巖變形的發(fā)展。

(三)工作面順槽支護(hù)初步技術(shù)方案

根據(jù)工作面運(yùn)輸順槽的地質(zhì)條件，運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，結(jié)合類比法提出順槽支護(hù)的初步方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)后再考慮設(shè)計(jì)方案的調(diào)整和完善。

頂板為6根錨桿，間距900mm，最外側(cè)兩根錨桿分別距離巷道兩幫150mm，并分別向外側(cè)傾斜約10°角；上下幫各3根錨桿，上部?jī)筛^桿間距為1000mm，中部和下部錨桿間距為1100mm，最上部和最下部?jī)筛^桿距離頂和底均為250mm，并分別向頂板和底板傾斜約10°角，錨桿排距初步確定為900mm。其具體支護(hù)參數(shù)為：

頂板錨桿：使用左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，錨桿鋼材屈服強(qiáng)度不低于335MPa，規(guī)格為Ф20×2000mm，配150mm×150mm×10mm高強(qiáng)拱形托盤和高強(qiáng)螺母，含調(diào)心球墊和減摩墊圈，為配套產(chǎn)品；加長(zhǎng)樹脂錨固，鉆孔直徑為28mm，錨固劑規(guī)格為K2335和Z2360各一卷，頂板配以鋼筋網(wǎng)作為輔助支護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用Ф6.5mm的鋼筋自行制作，網(wǎng)格為100mm×100mm，頂板金屬網(wǎng)規(guī)格為2500mm×1000mm(一排兩片，中間搭接100mm)，沿巷道軸向相鄰網(wǎng)搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)，網(wǎng)扣間距不大于200mm，每扣鐵絲至少擰3圈以上；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，并使用扭矩放大器或風(fēng)動(dòng)扭矩扳手盡量使錨桿預(yù)緊力矩達(dá)到設(shè)計(jì)要求，錨桿安裝預(yù)緊力矩不小于200N·m(錨桿預(yù)緊力30～40KN)。

頂板錨索：采用7股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線制，直徑17.8mm，長(zhǎng)度不小于7.9m，一排兩根，與錨桿交錯(cuò)布置，間距2.2m，排拒1.8m，錨索必須緊跟迎頭施工；當(dāng)頂板較好時(shí)，錨索向外傾斜10°角(與垂直方向的傾角)；當(dāng)頂板壓力較大或者頂板較為破碎時(shí)，兩根錨索之間用16～20號(hào)槽鋼連接成一個(gè)整體。錨索采用3卷Z2360樹脂錨固劑錨固，理論錨固長(zhǎng)度約為1.63m，在錨索錨固端1.5m處施加擋圈。錨索托盤采用250mm×250mm×15mm的高強(qiáng)球型托盤，錨索預(yù)緊力應(yīng)≥150kN。

錨桿、錨索布置圖如圖1～圖2所示。

圖1 巷道圍巖錨桿布置圖

圖2 巷道圍巖錨索布置圖

(四)工業(yè)性試驗(yàn)

在工作面回采過(guò)程中，為了監(jiān)測(cè)巷道變形情況，進(jìn)而優(yōu)化改進(jìn)支護(hù)方案，在工作面順槽開口往里100m和150m處設(shè)置了兩個(gè)測(cè)站，對(duì)巷道頂?shù)装逡平?、兩幫移近量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：在第20d后測(cè)站1頂?shù)装逡平口呌诜€(wěn)定在180mm左右；在第21d后測(cè)站2頂?shù)装逡平口呌诜€(wěn)定在200mm左右；總的來(lái)說(shuō)巷道圍巖變形量都在一個(gè)月內(nèi)趨于穩(wěn)定，有效控制了圍巖的變形，可以滿足工作面安全回采的要求。

[1]文建東.松軟煤層巷道錨網(wǎng)梁噴支護(hù)技術(shù)實(shí)踐[J].煤炭工程，2009(11).

[2]盧軍明.松軟煤層架棚巷道松幫讓壓支護(hù)技術(shù)[J].中州煤炭，2006(4)：63～63

[3]栗利民.讓壓錨桿、樹脂錨索及W鋼帶聯(lián)合支護(hù)在回采巷道的應(yīng)用[B].實(shí)用技術(shù)。2008.

[4]侯朝炯，郭勵(lì)生，勾攀峰.煤巷錨桿支護(hù)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[5]張禮斌.回采巷道軟弱破碎圍巖錨注加固支護(hù)技術(shù)實(shí)踐[J].煤炭開采,2006,11(2)

王耀(1993-)，男，漢族，安徽黃山人，碩士研究生，河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院礦業(yè)工程專業(yè)；王文澤(1993-)，男，漢族，河南周口人，本科，河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程專業(yè)；何寒月(1995-)，女，漢族，河南杞縣人，本科，河南理工大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)。