文/趙貴田
蔭營(yíng)煤礦綜放工作面出架巷錨桿錨索施工技術(shù)
文/趙貴田
隨著生產(chǎn)礦井向集約生產(chǎn)、安全高效礦井發(fā)展,生產(chǎn)礦井加大技術(shù)改造后,礦井生產(chǎn)能力迅速提高,綜采設(shè)備向重型化、大型化發(fā)展,開(kāi)采方式基本以綜采放頂煤為主,巷道施工斷面成倍增加,給巷道掘進(jìn)工作帶來(lái)了新的課題。山西陽(yáng)泉蔭營(yíng)煤礦煤層底板等高線基本呈背斜構(gòu)造,背斜軸向南傾斜,軸部?jī)蓚?cè)煤層傾角較大,約3~12°。煤層厚度6.7m,偽頂為0.8m的炭質(zhì)泥巖,直接頂為1.5m左右的黑色頁(yè)巖,老頂為12.5m左右的石灰?guī)r、泥頁(yè)巖互層。150308工作面為綜采放頂煤工作面,工作面長(zhǎng)度180m,采高2.8m,布置有118架液壓支架。為此,蔭營(yíng)煤礦150308綜采工作面出架巷采用錨桿、錨索支護(hù)回撤,解決工作面后期頂板壓力大、頂板破碎難以回撤支架的問(wèn)題,縮短了工期,保證了安全,取得了一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。
1.150308綜采工作面出架巷支護(hù),頂板采用錨索+W鋼帶+金屬網(wǎng)的支護(hù)方式,煤幫采用錨桿+金屬網(wǎng)的支護(hù)方式,專(zhuān)用排瓦斯巷下方采用∏型梁支護(hù)。
2.回風(fēng)順槽在出架巷往外20m范圍內(nèi),在原來(lái)礦工鋼棚式支護(hù)的基礎(chǔ)上,增加錨桿+錨索+W鋼帶支護(hù)。
3.回風(fēng)端頭構(gòu)筑兩個(gè)運(yùn)輸絞車(chē)硐室,采用板梁+單體柱+構(gòu)木板支護(hù)。
1.錨桿錨索支護(hù)理論
懸吊理論。將巷道頂板不穩(wěn)定的巖層懸吊在巷道頂板上部穩(wěn)定巖層中。
剛性梁理論。當(dāng)錨桿的預(yù)緊力達(dá)到屈服載荷30%~50%,錨索的預(yù)緊力達(dá)到鋼絞線拉斷載荷40%~70%,錨桿錨索長(zhǎng)度范圍和上覆巖層頂板離層得以消除,使巷道頂板形成剛性梁結(jié)構(gòu)。
加固拱(帶)作用。對(duì)于塊狀和破裂狀圍巖,如果用錨桿錨索及時(shí)加固,就能在圍巖周邊一定厚度內(nèi)形成一個(gè)不僅能保持自身穩(wěn)定、而且能防止上部圍巖松動(dòng)和變形的加固帶,從而保持圍巖的穩(wěn)定。
2.預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)原理
預(yù)應(yīng)力錨索加固巖體或土層的實(shí)質(zhì),就是通過(guò)錨索對(duì)被加固的巖體或土層預(yù)先施加壓應(yīng)力,限制有害變形的發(fā)展,從而保持圍巖的穩(wěn)定。對(duì)于錨索而言,主要偏重于懸吊作用和剛性梁作用。
3.出架巷施工中錨桿錨索的作用
錨桿。由于150308工作面采高較大,采用煤壁施工一定強(qiáng)度的幫錨桿,將能有效控制煤壁片幫。
錨索。出架巷頂板巖層中,施工高強(qiáng)度∮22錨索,將巷道頂板受采動(dòng)影響已破碎、不穩(wěn)定的巖層,懸吊在巷道頂板上部較穩(wěn)定巖層中,從而起到懸吊作用。同時(shí),由于對(duì)錨索施加了一定的預(yù)應(yīng)力,有效控制了上覆巖層的離層,使整個(gè)出架巷巷道頂板形成一個(gè)剛性梁結(jié)構(gòu)。這個(gè)“剛性梁”一端與煤壁連接,一端與工作面液壓支架連接,形成完整的框架結(jié)構(gòu),為綜采設(shè)備和液壓支架的順利撤出,提供了安全可靠的通道。
1.鑒于首次在綜采放頂煤工作面采用錨桿錨索支護(hù)工藝,對(duì)回采采動(dòng)作用對(duì)煤壁的影響估計(jì)不足,對(duì)煤壁頂板產(chǎn)生的垂直預(yù)裂隙判斷不夠,導(dǎo)致施工作業(yè)中,錨固劑因受阻提前被捅破,滲漏到巖層裂隙中,錨索錨固端錨固劑數(shù)量嚴(yán)重不足,粘結(jié)量只有400mm長(zhǎng),從而降低了錨索的錨固力,甚至出現(xiàn)在錨索預(yù)緊階段就被拉出(預(yù)緊力不足12噸)的問(wèn)題。
2.頂板支護(hù)不及時(shí),加大了頂板的預(yù)裂隙,施工中錨固劑滲漏到巖層裂隙中,降低了錨索的錨固力。
3.錨索錨固端的油、泥、銹清理不徹底,也是錨索錨固力不達(dá)標(biāo)的原因之一。
4.打注錨索過(guò)程中,施工人員未能認(rèn)識(shí)到及時(shí)預(yù)緊錨索的重要性,使頂板不能及時(shí)主動(dòng)支護(hù),導(dǎo)致頂板離層加大,裂隙增多,使失穩(wěn)巖層繼續(xù)向深部發(fā)展。
1.考慮出架巷頂板預(yù)裂隙的影響,為了確保錨索錨固端處于穩(wěn)定巖層中,施工人員選擇錨索長(zhǎng)度時(shí),考慮在原來(lái)錨索長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上適當(dāng)加長(zhǎng),具體尺寸由地測(cè)科提供的地質(zhì)鉆孔資料確定。同時(shí),為了確保頂板的剛體系統(tǒng),出架巷第一排支護(hù)方式采用錨桿+錨索+W鋼帶聯(lián)合支護(hù)。先打錨桿,增強(qiáng)頂板的剛體系統(tǒng),間隔增補(bǔ)錨索,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支護(hù),控制頂板的離層和下沉。同時(shí)錨桿對(duì)頂板的加固壓縮作用,減少了由采動(dòng)影響造成的頂板預(yù)裂隙,導(dǎo)致在打注錨索的過(guò)程中,錨固劑順利到達(dá)錨索錨固端,確保錨索的錨固力。
2.在工作面末采最后一個(gè)循環(huán),液壓支架甩架前,要確保泵站出口壓力30MP,操作液壓支架閥組,使前后立柱撐緊頂板,保證切頂有力,防止工作面切頂線前移對(duì)煤壁頂板的完整造成破壞。從出架巷形成,到液壓支架安全撤出工作面之前,必須全程觀測(cè)液壓支架的工作阻力,對(duì)工作阻力不達(dá)24MP的液壓支架及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)液,以發(fā)揮液壓支架有效控制頂板下沉的能力。
3.出架巷擴(kuò)幫階段,加強(qiáng)頂板管理。滯后采煤機(jī)組后滾筒20m,及時(shí)支設(shè)貼幫柱和臨時(shí)支柱控制頂板,防止頂板破碎和下沉,必要時(shí)停機(jī)閉鎖采煤機(jī)組處理空頂。此外,在打注錨索前,鉆孔初始段(巖層破碎帶)預(yù)插導(dǎo)向管,確保錨固劑順利通過(guò)頂板裂隙帶到達(dá)鉆孔底部,提高錨索的錨固力。嚴(yán)格按照錨桿錨索施工要求,清除錨固端,增強(qiáng)錨桿錨索的錨固力。
4.出架巷施工實(shí)現(xiàn)分段作業(yè),嚴(yán)格控制分段距離,根據(jù)實(shí)地情況,建議分段距離控制在10~15架之間,特別是采煤機(jī)割第一、二刀煤的時(shí)候。
5.為了能夠及時(shí)支護(hù)頂板,需確保采煤、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)備的完好,各種支護(hù)材料、施工機(jī)具必須足額到位,并嚴(yán)格按照《錨桿錨索施工管理規(guī)范》對(duì)錨桿、錨索、錨固劑等支護(hù)材料進(jìn)行管理,杜絕亂扔亂放。
6.受頂板預(yù)裂隙的影響,出架巷形成后,整個(gè)頂板雖是剛性梁,但它是由破碎巖塊組成,雙層金屬網(wǎng)的支護(hù)尤為重要。因此,必須確保聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量,嚴(yán)格按照出架巷安全技術(shù)措施執(zhí)行。
7.出架巷形成后,在撤架過(guò)程中,為了控制出架巷頂板的再次下沉,可在出架巷掩護(hù)架后方,間隔一定距離支設(shè)一定數(shù)量的木垛,確保支架安全撤離。
8.生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)應(yīng)嚴(yán)格按照《蔭營(yíng)煤礦錨桿錨索支護(hù)工程管理規(guī)定》要求,建立礦壓觀測(cè)站,特別是在出架巷中部礦壓顯現(xiàn)明顯地段,加密礦壓監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)內(nèi)容除一般監(jiān)測(cè)外,應(yīng)加入液壓支架前后立柱工作阻力、出架巷頂?shù)装逡平康谋O(jiān)測(cè)。安全評(píng)估出現(xiàn)危險(xiǎn)情況(包括錨索實(shí)測(cè)承載力超標(biāo)、頂板離層超標(biāo)等),必須補(bǔ)打錨索(掛壓力表),加強(qiáng)支護(hù)。此外,還應(yīng)安排專(zhuān)業(yè)人員分三班對(duì)出架巷頂板圍巖狀況進(jìn)行全天候礦壓觀測(cè),實(shí)時(shí)記錄(包括牌板記錄),將礦壓觀測(cè)原始資料建立臺(tái)賬,并及時(shí)匯報(bào)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo),從而為指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。
(作者單位:山西省陽(yáng)泉蔭營(yíng)煤礦)
(責(zé)任編輯:周瓊)