掘進(jìn)工作面頂板控制技術(shù)在特殊地質(zhì)條件下的應(yīng)用研究

明根永

摘? ?要：瓦斯、水、火以及頂板事故等被稱為煤礦中的五大災(zāi)害，其中頂板事故發(fā)生頻率相對較高，嚴(yán)重威脅相關(guān)工程施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，并為未來煤礦作業(yè)人員埋下巨大安全隱患。鑒于此，本文結(jié)合實(shí)際施工案例提出針對特大斷面這種特殊地質(zhì)條件的支護(hù)方案，以期對煤礦的安全生產(chǎn)、煤礦頂板施工起到有利參考，促使我國煤炭產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：特殊地質(zhì)條件? 特大斷面巷道頂板支護(hù)? 頂板控制技術(shù)? 頂板工作面

現(xiàn)階段，隨著特殊地質(zhì)掘進(jìn)施工技術(shù)的不斷發(fā)展，掘進(jìn)工作相關(guān)的頂板控制技術(shù)水平得以快速進(jìn)步，并主要融括：特近距離每層、薄基巖特殊條件、斷層部分等多種類型的掘進(jìn)工作面。上述工作實(shí)際開展過程中共同面臨支護(hù)難度較高，安全隱患相對較多等等一系列問題。本文針對此類問題，充分探討分析了特殊地質(zhì)情況，即特大斷面巷道的掘進(jìn)工作面頂板管理控制。同時，充分結(jié)合巷道掘進(jìn)工作面實(shí)際案例，從解決實(shí)際問題的角度提出錨、網(wǎng)以及鋼帶的聯(lián)合性專業(yè)支護(hù)方案，有效提升了巷道頂板的穩(wěn)定性，不僅從根本上提升了施工質(zhì)量和施工安全質(zhì)量，同時也從經(jīng)濟(jì)層面對成本節(jié)約起到良好效果。

1? 特大斷面巷道頂板支護(hù)基本情況分析

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展、科學(xué)儀器設(shè)備不斷更新?lián)Q代的背景下，我國煤炭產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，高產(chǎn)量、高效率的工作面總體數(shù)量迅猛增長。和此類工作面匹配的主要是大斷面或者特大斷面，回采巷道數(shù)量也在不斷提升，頂板支護(hù)的復(fù)雜程度、難度系數(shù)也在隨之增加。

現(xiàn)階段，我國厚煤層總體產(chǎn)量和儲量，在眾多國有重點(diǎn)煤礦當(dāng)中，分別占據(jù)比例均超過45%。開采程度超過5m的超厚煤層生產(chǎn)礦井?dāng)?shù)量占比也超過了35%。在上述厚煤層條件相對普遍的情況下，回采巷道主要就是大斷面煤巷，這些煤巷的頂板支護(hù)整體水平的優(yōu)劣，將直接決定煤礦常規(guī)性開采的效率和質(zhì)量，對煤礦相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生著重要影響。

2? 基于特大斷面的掘進(jìn)工作面頂板控制技術(shù)在特殊地質(zhì)條件下的應(yīng)用研究

2.1 工程實(shí)際案例分析

A巷道掘進(jìn)工作面受到斷層影響相對嚴(yán)重，產(chǎn)狀穩(wěn)定性較低，巖層主要是較為松散的粉末狀態(tài)。煤層傾角大約在19～22°之間，平均傾角大約為20.5°左右。工作面煤層最大厚度大約在5.15m，最小厚度約為4.45m，平均厚度約為4.685m。每層頂板巖層從上到下的順序依次為，粗粒砂巖部分、斷層角爍巖部分以及中粒砂巖部分。巷道斷面基本為直墻半圓拱狀，寬度在4250～4350mm之間，高度在3150～3200mm之間，墻高約為1650mm，凈斷面大約為9.5m2。

2.2 巷道頂板支護(hù)具體設(shè)計(jì)方案

以上述特大斷面煤巷相關(guān)現(xiàn)場調(diào)查研究數(shù)據(jù)和情況為出發(fā)點(diǎn)，對具體方案進(jìn)行科學(xué)化分析，提出錨、網(wǎng)、鋼帶的系統(tǒng)化聯(lián)合支護(hù)方案，對巷道頂板進(jìn)行有效支護(hù)，繼而適應(yīng)A工程當(dāng)中煤巷地質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時能夠?qū)ο锏纼?nèi)部圍巖形成有效優(yōu)化改善效果，保障煤巷施工過程中的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。

（1）巷道頂板應(yīng)用高強(qiáng)度預(yù)拉力錨桿，配合鋼以及金屬網(wǎng)的系統(tǒng)化聯(lián)合性支護(hù)方法，在鋼帶、金屬網(wǎng)以及錨桿錨力的復(fù)合型作用之下，頂板區(qū)域巖石逐漸形成一種不但具備較強(qiáng)自穩(wěn)定性，又具有較強(qiáng)支撐能力的一體化剛性支撐體，也就是組合梁。同時，兩幫能夠當(dāng)作穩(wěn)定的支撐點(diǎn)，頂板壓力由上述組合梁傳送到巷道的兩邊縱深區(qū)域。

（2）巷道高低幫應(yīng)用籬笆網(wǎng)、鋼帶、錨桿的雙抗型聯(lián)合性支護(hù)方法。在金屬網(wǎng)的作用下，能夠?qū)﹀^桿之間煤礦體形成嚴(yán)密網(wǎng)兜，并且和鋼帶能夠產(chǎn)生聯(lián)合性作用，將全部錨桿實(shí)質(zhì)性鏈接為一個整體，大幅提升巷壁抵抗側(cè)面壓力的水平。

2.3 具體施工方案

（1）巷道頂板選用六根全螺紋左旋鋼高強(qiáng)度預(yù)拉力錨桿+4500mm長M5型號鋼帶以及孔徑較小的金屬網(wǎng)，實(shí)施聯(lián)合性支護(hù)。錨桿長度為2400mm、直徑為20mm，各個錨桿配有直徑為28mm的鉆孔，三段zk2500型號樹脂藥卷加大錨固。同時，錨桿和錨桿之間的距離以及行距分別為900mm和650mm。

（2）巷道低幫區(qū)域選用3個2000mm、直徑20mm的螺紋左旋鋼錨桿，以及2000mm長M5型號鋼帶和鋼芭網(wǎng)，實(shí)施雙抗型聯(lián)合性支護(hù)。其中，錨桿和錨桿之間的距離以及行距分別為950mm和650mm。

（3）巷道高幫選用5個長度為2000mm、直徑為20mm的螺紋左旋鋼錨桿，以及長度為3500mm的M5型號鋼帶和鋼芭網(wǎng)，進(jìn)行雙抗型聯(lián)合性支護(hù)。錨桿和錨桿之間的距離以及行距分別為900mm和650mm，底角錨桿巷地板的方向帶30°上下的角度，貼近頂板的錨桿需要順著煤層傾角進(jìn)行合理布置。

2.4 控制要點(diǎn)以及具體施工工藝

此特大斷面巷道頂板支護(hù)工程施工方案的主要流程如下：巷道開挖——出煤——鋪頂金屬網(wǎng)和鋼帶壓網(wǎng)——進(jìn)行臨時性支護(hù)——進(jìn)行頂部施工、錨桿支護(hù)等工作——兩幫掛鋼芭網(wǎng)以及鋼帶壓網(wǎng)和雙抗網(wǎng)——兩幫施工螺紋左旋鋼錨桿支護(hù)。

（1）具體鋪設(shè)網(wǎng)的要求：從頂板中間部位向兩側(cè)進(jìn)行邊鋪，兩側(cè)網(wǎng)超過肩窩，幫部位網(wǎng)超過底角。同時，要求鋪設(shè)網(wǎng)的過程中，要確保其接搭長度不得小于120mm，接扣和接扣之間的距離不得超過120mm，繼而有效保障相關(guān)強(qiáng)度要求以及保封閉連接的達(dá)標(biāo)。

（2）鉆孔的相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：孔洞的垂直度需要保持在較高的水平，在進(jìn)行鉆桿接換的過程當(dāng)中，需要保障鉆孔設(shè)備位置不發(fā)生改變，并保持一條中心線;孔洞的深度需要盡量的準(zhǔn)確，要求選用和錨桿長度相同的鉆桿完成鉆桿施工，同時誤差需要控制在20mm以下;對孔壁進(jìn)行嚴(yán)格清潔，確?？妆谏蠜]有雜質(zhì)，具體而言，在鉆孔全部完工以后，需要對孔洞內(nèi)部用清水進(jìn)行反復(fù)性沖洗，直到內(nèi)部沒有煤巖粉為止。

（3）錨桿安裝的相關(guān)質(zhì)量要求：首先，施工設(shè)備必須全面滿足攪拌工作的要求，選用氣板機(jī)進(jìn)而二次預(yù)緊，滿足錨桿高強(qiáng)度預(yù)緊力的需求，有效確保達(dá)到錨桿要求的預(yù)緊力;其次，攪拌工作需要及時，以勻速攪拌的方式直到孔底，確?？傮w攪拌時間超過30s;再次，等待時間需要充足，確保50s以后樹脂凝固可以實(shí)現(xiàn)一次上緊;第四，需要有專門人員對錨桿實(shí)施二次加扭。

（4）錨索安裝的質(zhì)量性需求：首先，錨索鉆孔施工進(jìn)行的實(shí)際過程當(dāng)中，需要保障鉆孔的直徑要求、錨索直徑和藥卷直徑的系統(tǒng)性、合理化匹配;其次，孔洞的深度需要適當(dāng);不能發(fā)生深度過大或者是過小的情況，確保鋼絞線外露達(dá)到250mm以上;最后，鉆孔的過程中必須確保鉆機(jī)垂直，盡可能不要抖動晃動鉆機(jī)設(shè)備，避免人為上的失誤導(dǎo)致鉆孔直徑超過需求。

2.5 實(shí)施效果

經(jīng)過長達(dá)60余天的現(xiàn)場觀察，對該工程聯(lián)合性支護(hù)方案實(shí)施后的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測。利用對巷道頂板位移、錨索受力等數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可知，巷道頂板最大移動總量為50mm，最高移動速度為35mm，最高移動速度為3mm/d。

3? 結(jié)語

綜上所述，綜合工程實(shí)際案例，主要就特大斷面巷道特殊地質(zhì)情況進(jìn)行研究。在工程開展的過程中，應(yīng)用了錨、網(wǎng)和鋼帶的聯(lián)合性技術(shù)，作為巷道頂板支護(hù)施工方案，繼而有效適應(yīng)該工程項(xiàng)目的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

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