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掘進(jìn)巷道破碎頂板支護(hù)優(yōu)化改進(jìn)

2021-05-19 09:15:56閆文杰
機(jī)械管理開發(fā) 2021年3期
關(guān)鍵詞:鋼棚圓鋼托架

閆文杰

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司, 山西 大同 037100)

1 307 運(yùn)輸順槽概況

左云長春興煤業(yè)有限公司307 運(yùn)輸順槽位于井田南盤區(qū),東部為東盤區(qū)未開采區(qū)域及原長春興采空巷道,東北部為原英格寨煤礦采空巷道,南部為已回采303 工作面,西部為南盤區(qū)三條大巷及已回采303 工作面,北部為南盤區(qū)未開采區(qū)域。

307 運(yùn)輸順槽設(shè)計長度為1 970 m,巷道為矩形斷面,斷面規(guī)格為寬×高=5.4 m×3.5 m,巷道主要用于307 工作面煤炭運(yùn)輸任務(wù);307 運(yùn)輸順槽沿22號煤層底板掘進(jìn),煤層平均厚度為9.76 m,煤層硬度系數(shù)為 2~3,22 號煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,含 4~12 層夾矸,夾矸平均總厚2.36 m,平均單層厚0.28 m,煤層大致走向東西,傾向北。傾角較小,平均2°。307 運(yùn)輸順槽采用綜合機(jī)械化回采工藝,截止目前巷道已掘進(jìn)510m[1]。

307 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至540 m 處將揭露一條F1正斷層,斷層落差2.7 m,傾角52°,受斷層及鄰近303 采空區(qū)影響,巷道掘進(jìn)至500 m 處時頂板開始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,隨著巷道掘進(jìn),當(dāng)巷道掘進(jìn)至510 m 處巷道頂板出現(xiàn)第一次冒落現(xiàn)象,位于303 采空區(qū)側(cè)巷幫片幫嚴(yán)重,原巷道頂板支護(hù)對巷道圍巖控制效果差。

2 傳統(tǒng)支護(hù)工藝及存在問題

2.1 傳統(tǒng)支護(hù)工藝

1)307 運(yùn)輸順傳統(tǒng)支護(hù)中頂板主要采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、圓鋼托架聯(lián)合支護(hù),巷幫主要采用單錨桿、金屬網(wǎng)、圓鋼托架聯(lián)合支護(hù)。

2)原支護(hù)設(shè)計中307 運(yùn)輸順頂板每排5 根錨桿,錨桿間距為1.0 m,排距為1.2 m,錨桿長度為2.4 m,直徑為22 mm,同一排錨桿外露端安裝一根圓鋼托架;巷幫錨桿采用直徑與長度分別為17.6 mm、1.8 m的無縱筋錨桿,幫錨桿間離為1.0 m,排距為1.2 m,必須按照要求將支護(hù)的前部錨桿打設(shè)在圓鋼托架眼里。

3)頂板每排布置3 根錨索,錨索間距為1.8 m,排距為3.6 m 錨索長度為6.3 m,直徑為17.8 mm,每根錨索外露端安裝一塊鋼方托板,托板長度及寬度為0.3 m,厚度為16 mm。

4)按照上下的順序依次采用型號為CK2380、K2380 的樹脂藥卷對頂錨桿進(jìn)行錨固,錨固完畢后對錨桿的預(yù)緊力進(jìn)行測試,確保每根錨桿的預(yù)緊力不得低于200 N·m。采用型號為CK2380 的樹脂藥卷對幫錨桿進(jìn)行錨固,每根幫錨桿的預(yù)緊力不得低于150 N·m。采用型號為 CK2380、K2380 的樹脂藥卷對頂錨索錨固,錨每根錨桿的預(yù)緊力不得低于120 kN[2-3]。

2.2 原支護(hù)存在問題

1)圓鋼托架的材料具有脆性大且比較軟的特點(diǎn),在實際使用時與頂板的接觸面積也較小。破碎頂板使用時很容易在頂板壓力的作用下發(fā)生變形。

2)由于錨桿、錨索支護(hù)間距較大,巷道在掘進(jìn)時受采動影響及構(gòu)造應(yīng)力的作用導(dǎo)致兩排頂板支護(hù)間出現(xiàn)較大的“網(wǎng)兜”,頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象,且局部出現(xiàn)頂板錨桿破斷現(xiàn)象[4]。

3)由于F1 斷層落差較大,且巷道預(yù)留頂煤厚度大,煤層不穩(wěn)定,采用傳統(tǒng)的支護(hù)方式無法滿足支護(hù)要求,巷道在掘進(jìn)過程中頂煤預(yù)留難度大,巷道與巷幫之間的三角煤柱極易垮落,傳統(tǒng)支護(hù)效果差。

4)由于傳統(tǒng)的支護(hù)錨索長度較短,錨索的錨固端正好處于老頂與直接頂?shù)慕唤缣?,錨索的錨固端無法插入堅硬的巖石內(nèi),無法對破碎頂板起到較好的懸吊作用;而且原支護(hù)中錨桿屬于線性支護(hù),錨索屬于點(diǎn)性支護(hù),錨桿(索)在破碎頂板支護(hù)時無法實現(xiàn)縱向聯(lián)鎖支護(hù)作用。

3 307 運(yùn)輸順槽支護(hù)優(yōu)化

1)優(yōu)化后頂板采用“JW”型鋼帶代替圓鋼托架,鋼帶長度為7.0 m,寬度為0.33 m,每根鋼帶上布置8個支護(hù)孔,孔間距為1.0 m,其中端頭兩根錨桿施工在頂板及巷幫的三角煤柱處。

2)頂板施工6 根錨桿,相鄰間距為0.9 m,相鄰兩排錨桿的距離為1.0 m,將長為8.3 m 的鋼絞線按照每三排錨栓安裝一排錨索的順序進(jìn)行施工,相鄰兩排錨索的距離為1.8 m,將長度為2.5 m 的工字鋼梁與相鄰兩排對應(yīng)錨索緊固,并確保工字鋼梁與頂板接觸嚴(yán)密,如圖1 所示。

圖1 優(yōu)化后307 運(yùn)輸順槽頂板巷幫永久支護(hù)平面示意圖

3)為了能夠有效地對運(yùn)輸順槽采空區(qū)一側(cè)的巷幫進(jìn)行支護(hù),采用長為4.0 m 的鋼絞線錨索按照每兩排護(hù)幫錨栓安裝一排錨索的順序進(jìn)行施工,在距離頂?shù)装?.8 m 的位置上呈邁步式安裝工字鋼梁并與錨索固定。

4)為了能夠進(jìn)一步對斷層帶頂板進(jìn)行加固,在距離斷層帶10 m 的位置完成頂板永久支護(hù)后對頂板進(jìn)行注漿及安裝矩形工字鋼棚:首先對頂板施工一排注漿鉆孔,鉆孔深度為5.0 m,仰角為30°,鉆孔直徑為45 mm;采用注漿泵向鉆孔內(nèi)注入黏接劑,黏接劑按照1∶1 的比例由馬麗散及催化劑混合而成,若黏接劑從裂縫處滲出時要及時停鉆并進(jìn)行封堵;工字鋼梁主要由棚腿、棚梁、連接桿、水泥背板、卡纜組成。為了能夠確保鋼棚的穩(wěn)定性,需對鋼棚的底板按照長、寬、高分別為 0.3 m、0.3 m、0.25 m 的規(guī)格進(jìn)行起底,之后將棚腿放入起底處并采用高強(qiáng)度水泥進(jìn)行澆筑;棚腿安裝后用安裝棚梁,采用卡纜將棚腿與棚梁固定后用扳手進(jìn)行緊固。鋼棚安裝間距為1.0 m,為了鋼棚相互之間能夠支撐,采用連接桿將兩架鋼棚連接,并將水泥背板填充在頂梁與頂板之間。

4 結(jié)語

截至2019 年5 月23 日307 運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)至670 m 處,巷道完全過F1 斷層應(yīng)力區(qū),對307 運(yùn)輸順槽應(yīng)力破碎區(qū)頂板支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化后,通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn),巷道應(yīng)力破壞區(qū)圍巖得到有效控制,頂板未出現(xiàn)大面積破碎現(xiàn)象,巷道在揭露F1 斷層時下沉量最大為0.18 m,兩幫移進(jìn)量為0.32 m,取得了顯著應(yīng)用成效。

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