王志誠
(陜西陜煤曹家灘礦業(yè)公司, 陜西 榆林 718600)
122110 工作面高+960~+995 m,覆蓋層厚度290~327 m,主輔運里程在1 554~3 189 m 范圍內(nèi)2-2 煤層分叉,分為2-2 上煤和2-2 煤,掘進(jìn)期間不受影響。本工作面內(nèi)無巖漿巖及較大的褶皺構(gòu)造,但煤層沿走向或傾向方向有小型起伏,對巷道施工影響不大。122110 輔運順槽長度5 978 m,寬6.5 m、高4.55 m,巷道斷面29.58 m2,井下切眼位于馬大灘行政村五隊東北部。井下工作面西部是為整個礦井服務(wù)的四條大巷,東臨近井田邊界煤柱,南部為122112 工作面(設(shè)計),北部是122108 回采工作面。老頂巖性中粒砂巖、厚度1.4~18.6 m。直接頂巖性細(xì)粒砂巖、厚度10.2~28.2 m。直接巖性粉砂巖、厚度2.6~12.7 m。老底巖性細(xì)粒砂巖、厚度2.2~5.6 m。
根據(jù)巷道圍巖性質(zhì)及曹家灘煤礦礦壓觀測資料分析,結(jié)合曹家灘煤礦12 盤區(qū)內(nèi)鉆孔的分析,122110輔運順槽適合錨桿支護(hù)。根據(jù)實際的支護(hù)經(jīng)驗,確定巷道支護(hù)形式為:110 輔運順槽頂板采用“鋼筋網(wǎng)+左旋無縱筋螺紋鋼錨桿+錨索”聯(lián)合支護(hù)[1-3],回采側(cè)采用“塑料網(wǎng)+玻璃鋼錨桿”聯(lián)合支護(hù)[4-5],煤柱側(cè)采用“鋼筋網(wǎng)+左旋螺紋鋼錨桿”聯(lián)合支護(hù)。
1)煤柱幫支護(hù):左旋無縱筋螺紋鋼錨桿+鋼筋網(wǎng)。
錨桿規(guī)格Φ22×2.4 m 左旋無縱筋335 號螺紋鋼筋,桿尾螺紋為M22、長度150 mm,配高強度螺母。錨桿設(shè)計間排距為1 m×1 m,每排4 根錨桿,最上部錨桿帶15°仰角施工,最下部錨桿帶15°俯角施工,其余錨桿垂直巖面施工,錨桿孔深2 100 mm。錨固劑采用MSCK2380 型,錨桿扭矩不小于150 N·m、錨固力不小于100 kN。鋼筋網(wǎng)片為3.8 m×1.1 m 的鋼筋網(wǎng),網(wǎng)片搭接寬度100 mm。
2)回采幫支護(hù):玻璃鋼錨桿+塑鋼網(wǎng)。
錨桿規(guī)格Φ27 mm×2.4 m 高強度玻璃鋼錨桿,托盤直徑170 mm、厚度15 mm,錨桿扭矩不小于50 N·m、錨固力不小于85 kN。其余參數(shù)與煤柱幫支護(hù)錨桿相同。網(wǎng)片規(guī)格為3 600 mm×2 200 mm 的JDPP30×30MS塑料網(wǎng),網(wǎng)片搭接寬度100mm,幫部塑料網(wǎng)內(nèi)不含鋼絲。
3)頂板支護(hù):左旋無縱筋螺紋鋼錨桿+鋼筋網(wǎng)。
頂板支護(hù)錨桿規(guī)格與煤柱幫支護(hù)錨桿規(guī)格相同,錨桿間排距為1.2 m×1.0 m,每排6 根錨桿,錨桿托盤采用圓型鋼托盤,規(guī)格Φ150 mm×6 mm。鋼筋網(wǎng)片為3.3 m×1.1 m 的鋼筋網(wǎng),網(wǎng)片搭接寬度100 mm。
錨索形式與規(guī)格:頂部用Φ17.8 mm×6.5 m 的鋼絞線,錨索孔深6 200 mm,網(wǎng)度為2.4 m×3.0 m,為滿足錨索錨固力>200 kN、預(yù)緊力>150 kN 的支護(hù)要求,需采用2 節(jié)MSCK2380 型樹脂藥卷固定安裝。
2.3.1 頂錨桿長度計算(懸吊理論)
式中:L 為錨桿長度,m;H 為冒落拱高度,m;K 為安全系數(shù),1.5;L1為錨固段長度,取0.6 m;L2為錨桿外露長度,<0.05 m。
式中:B 為巷道開掘?qū)挾?,本工作面巷道設(shè)計寬度為6.5 m;f 為懸吊巖層硬度系數(shù),取2.85;則H=1.14。
計算得L≥2.36 m。故選用Φ22×2.4 m 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿滿足要求。
2.3.2 頂錨桿間、排距計算
式中:A 為懸吊面積,m2;Q 為設(shè)計錨固力,100 kN;H為冒落拱高度,取0.55 m;R 為懸吊層重力載荷,取25 kN/m3;K 為安全系數(shù),取K=2。
計算得A=3.63 m2,即每根錨桿最大支護(hù)面積為3.63 m2,錨桿設(shè)計間排1.2 m×1.0 m,每根錨桿實際最大支護(hù)面積為0.9 m2,滿足支護(hù)密度要求。
2.4.1 幫錨桿長度計算(松動圈理論)
根據(jù)松動圈理論,錨桿長度應(yīng)滿足:
式中:L1為錨桿外露長度,<0.05 m;L2為取煤幫破碎深度,取1.050 7 m;L3為錨固段長度,0.6 m。則L≥0.05+1.050 7+0.6=1.700 7 m。
因此,選用Φ22×2.4 m 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿滿足要求。
2.4.2 錨桿直徑
按錨桿承載力與錨固力強度相等計算,即:
式中:D 為錨桿直徑,m;c 為取煤幫破碎深度,m;Q 為錨桿抗拔力,取100 kN(換算為15 MPa);σ 為桿體材料的許用強度,取420MPa;代入?yún)?shù)計算得D=0.015 6 m。
因此,幫錨桿直徑應(yīng)不小于15.6 mm,實際選用錨桿直徑Φ22 mm,符合要求。
2.4.3 錨桿間、排距
錨桿間排距按下式計算:
式中:a 為錨桿間排距,m;Q 為錨桿抗拔力,100 kN;γ 為不穩(wěn)定煤幫重力載荷,取14 kN/m3;L2為錨桿有效長度,取0.826 m;K 安全系數(shù),取1.1。
經(jīng)計算:a<2 m。頂錨桿實際間距1.2 m×1.0 m,幫錨桿實際間距1.0 m×1.0 m,能夠滿足要求。
2.5.1 計算每排需要的錨索根數(shù)
式中:PV為錨索懸吊的載荷;k 為安全系數(shù),取2(一次采動巷道);Rt為錨索的承載力,取35.8 t;a 為掘進(jìn)巷道半寬,取3.25 m;b 為側(cè)壓力時為滑動楔形上頂之半寬(巷高3.8 m=a+1.02,取4.27 m);c 為錨索排距,取3 m;γ 為懸吊巖體容重,取1.34 t/m3。
計算得施工Φ17.8 mm×6 500 mm 錨索根數(shù)n≥1.25,錨索實際間距×排距=2 400 mm×3 000 mm,能夠滿足要求。
2.5.2 礦用錨索設(shè)計承載力計算
式中:Nt為礦用錨索設(shè)計承載力,N;m 為錨索張拉應(yīng)力系數(shù),取0.6;n 為鋼絞線根數(shù),取值7;Sn為單根鋼絞線截面積,取46.08 mm2;Rm為鋼絞線抗拉強度,取1 860 MPa。
計算得Nt=360 kN,滿足要求。
2.5.3 礦用錨索設(shè)計初張力及破斷力
使用MQ18-250/53 型礦用錨索張拉機具預(yù)緊錨索,初張力按公式計算:
式中:P 為礦用錨索設(shè)計初張力,MPa;Nt為錨索設(shè)計承載力,取值200 kN;S 為錨索張拉機具油缸有效截面積,取值5 000 mm2。
計算得P=40 MPa,滿足要求。
通過以上計算,所選支護(hù)參數(shù)能滿足122110 工作面輔運順槽掘進(jìn)工作面支護(hù)要求。支護(hù)材料規(guī)格如表1 所示。
表1 支護(hù)材料規(guī)格一覽
錨桿機鉆眼需注意根據(jù)巷道高度及錨索長度依次裝入合適長度的鉆桿,操縱鉆機旋轉(zhuǎn)閥及進(jìn)給閥進(jìn)行鉆眼。安裝錨索需注意將2 根MSCK3280 樹脂藥卷送至孔底并攪拌,攪拌時間8~12 s,等待時間控制在8~25 s。張拉錨索需注意待樹脂凝固后,人工上錨索托盤和錨索鎖具,一人將張拉泵頭與錨索外露端連接并扶住張拉泵頭,另一人張拉錨索,張拉完后松開張拉泵,并放回原處。
將幫網(wǎng)與頂網(wǎng)先用連網(wǎng)絲固定,支護(hù)施工時利用鉆臂同時支護(hù)幫錨桿,將網(wǎng)片搭接處壓實。錨桿支護(hù)完成后,連接網(wǎng)片到最前面一片網(wǎng)的中間位置。
頂錨桿距工作面最小空頂距為1.8 m(此距離為截割頭完全縮回后,鉆架到截割頭前端的最大距離),最大空頂距為2.8 m。頂網(wǎng)前端距工作面最小距離為0.8 m,最大距離為1.8 m。頂錨索距工作面最小空頂距為21.8 m,最大空頂距為22.8 m。兩側(cè)幫錨上部錨桿支護(hù)距迎頭最小為5.8 m,最大為6.8 m(掘錨一體機頂錨桿機與幫錨桿機間距為4 個排距),兩側(cè)幫錨下部錨桿永久支護(hù)滯后上部幫錨6 m。
曹家灘煤礦設(shè)計并應(yīng)用巷道快速掘進(jìn)支護(hù)技術(shù),通過技術(shù)數(shù)據(jù)驗算表明,選用的支護(hù)參數(shù)能夠滿足巷道支護(hù)要求,為巷道快速掘進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)單月進(jìn)尺2 020 m 打下了基礎(chǔ),保障了巷道安全順利施工,技術(shù)參數(shù)的驗算為同類巷道的支護(hù)參數(shù)的選擇提供設(shè)計依據(jù)。
現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化2022年6期