雷喜良
摘要:現(xiàn)如今,隨著我國煤礦行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,在復(fù)雜條件下掘進(jìn)工作面支護(hù)技術(shù)也越來越關(guān)注。并結(jié)煤礦自身發(fā)展的特點(diǎn),實(shí)際中煤層埋深逐漸加深,地質(zhì)條件越來越復(fù)雜,掘進(jìn)任務(wù)又相對(duì)緊張,需在復(fù)雜地質(zhì)條件下快速安全掘進(jìn)。在此背景下,本文對(duì)復(fù)雜條件下支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析,形成一套符合復(fù)雜地質(zhì)條件下的支護(hù)技術(shù),旨在保證復(fù)雜條件下掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞:復(fù)雜條件;掘進(jìn)工作;支護(hù)技術(shù)
引言
礦井巷道開挖后應(yīng)力重新分布。如果不采取支護(hù)措施,造成圍巖的位移和變形,使生產(chǎn)安全無法得到有效保證。要加強(qiáng)支護(hù),不僅要實(shí)現(xiàn)保障措施的全面保障,保持巷道的安全。有許多種用于煤礦井下巷道支護(hù)的技術(shù),而我們通常使用的支護(hù)技術(shù)包括錨桿支護(hù)技術(shù)、砌碹護(hù)技術(shù),棚式和應(yīng)力控制技術(shù)的支護(hù)技術(shù)。通過在掘進(jìn)之前利用鉆孔向煤體注入壓力水,從而增加煤體水份,增強(qiáng)煤體粘結(jié)性,減少煤塵飛揚(yáng),并起到釋放瓦斯的作用。
一、復(fù)雜地質(zhì)條件
近年來,錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展非常迅速。不僅顯著提高了巷道支護(hù)效果,降低了支護(hù)成本及勞動(dòng)強(qiáng)度,而且提高了掘進(jìn)速度。五陽煤礦隨著采深加大,開采強(qiáng)度的提高,巷道圍巖結(jié)構(gòu)及應(yīng)力環(huán)境越來越復(fù)雜,錨網(wǎng)支護(hù)巷道出現(xiàn)大量錨桿、錨索破斷的情況,為巷道的安全使用留下了大量的隱患。由于煤層埋深加深及動(dòng)壓掘進(jìn)作用導(dǎo)致巷道應(yīng)力增加,使巷道出現(xiàn)位移、底鼓、錨桿錨索斷裂的情況。通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集和施工特點(diǎn)表明,在復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)巷道,由于地質(zhì)條件的復(fù)雜變化,圍巖的結(jié)果也不盡相同,所以掘進(jìn)巷道與圍巖的結(jié)構(gòu)面的夾角、結(jié)構(gòu)面的密度、組合情況以及主應(yīng)力與水平應(yīng)力的方向大小對(duì)圍巖的變形和破壞影響比圍巖本身特征更為重要,同時(shí)也給錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)和支護(hù)效果造成困難。
二、復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道支護(hù)原則
(一)一次支護(hù)到位,有效控制圍巖變形
錨網(wǎng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)技術(shù),需一次支護(hù)有效控制圍巖變形,盡量不要發(fā)生二次或二次以上重復(fù)施工。一方面是實(shí)現(xiàn)礦井集約高效、安全生產(chǎn)的目標(biāo),為礦井正常生產(chǎn)保駕護(hù)航,保證巷道長(zhǎng)久使用,不用反復(fù)修復(fù);另一方面,錨網(wǎng)支護(hù)原理的特點(diǎn)就是圍巖一旦揭露需立即進(jìn)行施工效果最好,如圍巖已發(fā)送離層、破壞再進(jìn)行施工,支護(hù)效果將大打折扣,支護(hù)效果會(huì)受到顯著影響。
(二)“三高一低”原則,提高掘進(jìn)速度
即高強(qiáng)度,高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。在提高錨桿材料強(qiáng)度(如加大錨桿直徑、提高桿體材料的強(qiáng)度、提高材料加工精度),剛度(提高錨桿施加預(yù)應(yīng)力、加長(zhǎng)或全長(zhǎng)進(jìn)行錨固),在保證支護(hù)系統(tǒng)可性的條件下,降低支護(hù)密度,減少單位面積上錨桿數(shù)量,提高掘進(jìn)速度。
(三)預(yù)應(yīng)力控制原則,做到真正意義上的主動(dòng)支護(hù)
預(yù)應(yīng)力施加是錨網(wǎng)支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù),是區(qū)分錨網(wǎng)支護(hù)是被動(dòng)支護(hù)還是主動(dòng)支護(hù)的參考標(biāo)準(zhǔn),只有預(yù)應(yīng)力達(dá)標(biāo)的錨桿支護(hù)才是真正意義上的主動(dòng)支護(hù),才能充分發(fā)錨網(wǎng)支護(hù)的作用。第一,通過現(xiàn)有技術(shù)給錨桿施加足夠的預(yù)應(yīng)力;第二,通過錨桿配件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散,擴(kuò)大錨網(wǎng)支護(hù)預(yù)應(yīng)力的作用范國,提高錨網(wǎng)支護(hù)的整體剛度與完整性。
(四)相互匹配原則,最大限度地發(fā)揮作用
錨桿構(gòu)件需相互匹配,包括托板、螺母、鋼帶、墊片等參數(shù)與力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求,共同起到支護(hù)作用,錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配,從而真正有效地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體作用。
三、復(fù)雜條件下工作面支護(hù)形式
(一)支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及參數(shù)設(shè)計(jì)
對(duì)支護(hù)方式的設(shè)計(jì)需要考慮到圍巖的自承作用,實(shí)行全封閉支護(hù)方式。經(jīng)過模擬試驗(yàn)確定了支護(hù)參數(shù)。錨索:采用低松弛級(jí)Φ15.3mm,強(qiáng)度級(jí)別為1860MPa的鋼絞線,長(zhǎng)度為8000mm,錨固段長(zhǎng)度1500mm,排距為2.1m。錨桿:選用Φ22mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿,長(zhǎng)度2400mm,配備2卷SS600型樹脂藥卷錨固劑與Φ120mm鑄鋼托盤。錨桿的間距如圖1所示,拱部為615mm,幫側(cè)為600mm,底部為700mm,排距均為700mm。噴射混凝土:強(qiáng)度按C20要求進(jìn)行配置,其噴射厚度150mm。網(wǎng):采用Φ6mm鋼筋來對(duì)其進(jìn)行編制,網(wǎng)格小于150mm×150mm。反底拱:選用U36型鋼支護(hù),間距為700mm。
(二)注水技術(shù)
沿煤層底板掘進(jìn)時(shí)注水要求:1號(hào)孔沿巷道中心線距頂1300mm,水平夾角0°,上仰20°,打眼深度3200mm;2號(hào)孔距巷道中心線1000mm,距頂1500mm,水平夾角30°,上仰0°,打眼深度3500mm;沿煤層頂板掘進(jìn)時(shí)注水要求:1號(hào)孔沿巷道中心線距頂1200mm,水平夾角0°,上仰15°,打眼深度3100mm;2號(hào)孔距頂1300mm,距巷道中心線1000mm,水平夾角30°,上仰0°,打眼深度3500mm。注水時(shí)封孔器應(yīng)全部塞入孔內(nèi),防止脹壞封孔器。打孔時(shí)要注意鉆孔質(zhì)量,防止“擴(kuò)孔”造成封孔不嚴(yán)。注水時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意巷幫、頂及鄰孔,發(fā)現(xiàn)煤墻潮濕、滲水或鄰孔出水時(shí)應(yīng)立即停止注水。注水時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意巷幫、頂、鄰孔及瓦斯涌出情況,發(fā)現(xiàn)煤墻及鄰孔滲水或瓦斯涌出量增大時(shí),應(yīng)立即停止注水,待瓦斯涌出量穩(wěn)定時(shí)再注水,直至注水工作完成。注水時(shí),班組長(zhǎng)必須現(xiàn)場(chǎng)指揮工作,安監(jiān)員、瓦檢員對(duì)注水工作進(jìn)行監(jiān)督,注水時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水效果情況而定,班組長(zhǎng)對(duì)當(dāng)班的注水工作及效果負(fù)責(zé),并填寫記錄。隊(duì)干要不定時(shí)的進(jìn)行抽查落實(shí)工作。打設(shè)注水孔使用ZQSJ-90/2.5手持鉆機(jī)、直徑42mm麻花鉆桿,封孔器直徑為38mm,鉆頭直徑43mm。
(三)卸壓方式
沖擊地壓礦井必然有高應(yīng)力存在,一旦圍巖應(yīng)力超過圍巖支護(hù)強(qiáng)度,支護(hù)結(jié)構(gòu)將被壓壞,通過采取卸壓措施將巷道圍巖的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移,減少煤巖的沖擊震動(dòng),改變應(yīng)力分布規(guī)律,使巷道處于低應(yīng)力區(qū),可有效改善巖體的支護(hù)環(huán)境,增強(qiáng)支護(hù)效果。通過卸壓形成的低應(yīng)力區(qū)能夠吸收沖擊產(chǎn)生的能量,保護(hù)支護(hù)體不被損傷。為克服卸壓對(duì)支護(hù)的破壞,采用對(duì)支護(hù)影響最小的卸壓鉆孔作為常規(guī)卸壓手段,同時(shí)將注水鉆孔封孔深度提高到15m以上,并對(duì)錨桿支護(hù)深度段的3m卸壓鉆孔進(jìn)行水泥封孔。
(四)架棚支護(hù)
如果頂板破碎嚴(yán)重,頂板下沉顯著或大面積冒落,采取上述兩種支護(hù)方式都無法控制住頂板時(shí),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況向頂板破碎區(qū)注高分子材料(固幫特加固材料為CM-15,配比為1∶1)進(jìn)行注漿加固,然后結(jié)合頂板情況打設(shè)鋼釬,鋼釬與水平面夾角至少為+15°(鋼釬30~55mm,長(zhǎng)3000mm或6000mm)。如頂板破碎區(qū)使用鋼釬無法起到支護(hù)作用,采取穿梁加打木垛等方法進(jìn)行支護(hù)。穿梁時(shí)無支點(diǎn),可先打設(shè)錨吊梁進(jìn)行橫擔(dān),而后進(jìn)行穿梁,錨吊梁根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作情況可選用長(zhǎng)度有4000,4700,5100mm。采取架U29型鋼棚加強(qiáng)支護(hù),U29型鋼棚要與巷道尺寸相匹配(棚腿長(zhǎng)3700mm,頂梁長(zhǎng)5100mm),棚距暫定為800mm,兩架棚梁之間使用連接桿連接(棚距拉桿可選用長(zhǎng)度有600,800,1000mm),確保棚梁不會(huì)因頂板壓力增大而歪斜。結(jié)合工作面地質(zhì)條件,及時(shí)調(diào)整棚距,確保安全,棚子必須按巷道中線架設(shè)。架棚完畢后及時(shí)安裝頂板離層儀,監(jiān)測(cè)頂板離層量,每天觀測(cè)頂板變化情況,并做好記錄及匯報(bào)工作。
(五)巷幫支護(hù)
切眼老塘側(cè)幫使用金屬菱形網(wǎng)+鋼筋梯子(寬110mm、長(zhǎng)2.5米)+幫錨桿(長(zhǎng)1.8m直徑20mm的右旋等強(qiáng)錨桿)支護(hù),每孔使用2個(gè)樹脂藥卷,幫錨桿間排距為800mm,每排4根。采面?zhèn)热裘罕诜€(wěn)定,每排可打2~3根玻璃鋼或等強(qiáng)錨桿配合塑料網(wǎng)不使用鋼筋梯子,排距可放大到1.0米。
結(jié)語
在復(fù)雜條件地區(qū)進(jìn)行煤礦開采工作時(shí)難度非常大,因此在復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)進(jìn)行煤礦開采工作時(shí)值得關(guān)注的不僅是煤礦的開采量,還有進(jìn)行煤礦開采時(shí)的安全問題、技術(shù)問題等。復(fù)雜條件下工作面支護(hù)研究成果將進(jìn)一步完善煤礦巷道支護(hù)技術(shù),滿足礦井安全生產(chǎn)需要,以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、有效的目標(biāo)。為解決五陽煤礦復(fù)雜應(yīng)力條件下錨網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)中錨桿、錨索破斷問題提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)用技術(shù)手段,該技術(shù)不僅適合于五陽煤礦,同時(shí)也為全國范圍內(nèi)解決復(fù)雜應(yīng)力條件下錨網(wǎng)支護(hù)體系中錨桿、錨索破斷問題提供參考。總體來看,實(shí)施本項(xiàng)目將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益及投入產(chǎn)出效果。
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