高應力煤巷翻修錨網(wǎng)索支護技術(shù)

張俊國,周奕朝

(1.河北邯鄲市峰峰集團有限公司黃沙礦,河北邯鄲 056200;2.冀中能源邯礦集團郭二莊礦業(yè)有限公司,河北邯鄲 056303)

高應力煤巷翻修錨網(wǎng)索支護技術(shù)

張俊國1,周奕朝2

(1.河北邯鄲市峰峰集團有限公司黃沙礦,河北邯鄲 056200;2.冀中能源邯礦集團郭二莊礦業(yè)有限公司,河北邯鄲 056303)

全斷面錨網(wǎng)索支護在高應力煤巷翻修二次支護中成功實施在集團公司是首例,黃沙礦在 112101地區(qū)由于受地質(zhì)構(gòu)造和上部采空區(qū)的影響,致使采用第 1次 U36型鋼支護不能滿足基本使用后,經(jīng)過技術(shù)對比和理論計算,在二次翻修時大膽實施全斷面錨網(wǎng)索支護技術(shù)取得了成功。同時也取得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。

高應力;翻修;錨網(wǎng)索支護;采空區(qū)

AnchoredM esh and Rope Supporting Technology of Rebuilding Coal Roadway with High Stress

112101下塊運料巷沿 112101采空區(qū)掘進,與采空區(qū)邊界凈煤柱 5m;運輸巷沿 F37斷層保護煤柱掘進。原設(shè)計兩巷均沿大煤底板留頂煤掘進,采用4節(jié) U36型鋼支護,斷面為半圓拱型。巷道開掘后,礦壓顯現(xiàn)極其明顯,支架變形嚴重,嚴重影響了掘進速度。不僅如此,隨著掘進時間的增加后路巷道支架扭曲、頂部壓劈、卡纜絲崩斷,兩幫收斂量極大,這不僅給巷道掘進帶來重大安全隱患,而且根本無法滿足回采時的基本使用。因此,如何采取合理的支護方式,保證 112101下塊工作面巷道的有效支護,成為研究的技術(shù)課題。

1 地質(zhì)條件

1.1 構(gòu)造情況

本工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單,地質(zhì)構(gòu)造復雜,多為斷裂構(gòu)造,對工作面掘進影響較大的斷層有 3條,落差 2.2～3m,斷層走向呈 NE,向工作面延伸,東部邊界 F37斷層落差在 20～73m,屬大中型構(gòu)造,次生構(gòu)造較為發(fā)育。

1.2 煤層情況

112101下塊工作面煤層厚度較為穩(wěn)定,煤層結(jié)構(gòu)簡單,煤層傾角變化較小,煤層平均厚度4.5m,煤層傾角 18～22°,平均 21°。

1.3 煤層頂、底板情況

直接頂為粉砂巖,厚 0～3m,灰黑色,含少量植物化石及黃鐵礦;基本頂為中粒砂巖,厚 16m,灰白色,結(jié)構(gòu)致密,含炭、長石;直接底為粉砂巖,厚 5m,灰黑色,富含植物根化石;老底為中粒砂巖,厚 3～5m,灰白色,結(jié)構(gòu)致密,含炭。

1.4 工作面四鄰采掘情況

112101下塊工作面上部為 112101輕放面,已回采完畢,北至 -500m主暗斜井保護煤柱,東部以 F37斷層為界,工作面標高 -370～-420m。

2 原支護方式及支護狀況

2.1 原支護方式

112101下塊工作面位于 112101工作面與 F37斷層之間,傾斜長度約 35m,工作面兩巷掘進時,由于處于壓力集中區(qū),所以原設(shè)計支護為 U36型鋼支護,間距700m。

該工作面巷道掘進中頂煤松軟,難以保留,給掘進安全及生產(chǎn)帶來較大困難。第一次支護完成后,后路巷道 U型鋼 30%被壓劈,U型鋼卡纜連接 60%折斷。巷道底鼓 1.2m以上,兩幫平均位移達到 2.6m。致使巷道無法滿足基本使用。

U型鋼支護后,巷道來壓迅速,頂?shù)装逡平俣瓤?最高值可達 100mm/d;流變性顯著,巷道掘進后很長時間不穩(wěn)定,U型鋼變形損壞嚴重,鋼帽扭曲變形;頂?shù)装逡平看笥趦蓭鸵平?底鼓顯現(xiàn)突出;巷道直接頂及基本頂仍比較完整,頂板下沉量較小。

3 支護設(shè)計

根據(jù)以上頂板監(jiān)測情況,以及該區(qū)頂?shù)装鍘r性,結(jié)合錨網(wǎng)索支護經(jīng)驗,通過理論計算提出對112101下塊回風巷整修支護改用全斷面錨網(wǎng)索聯(lián)合支護的方式?；仫L巷沿頂、底板全斷面掘進,斷面4m×3.5m。

3.1 巷道圍巖破壞范圍及圍巖壓力計算

(1)巷道兩幫煤體受壓破壞深度 C:

式中,H為巷中高,取 3.5m;α為煤的內(nèi)摩擦角, 45°。

則C=1.45m。

(2)巷道頂板冒落拱高度 b:

式中,a1為承受彎曲的懸臂巖層的半跨距,m,a1=2.0m;Rc為巷道頂板巖層的抗壓強度,N/m2,取4024N/m2。

則 b=0.857m。

(3)頂板壓力 QR:

式中,r為巖石的密度,23kN/m3。

則QR=52.56kN/m2。

兩幫煤體側(cè)向壓力Qs為:

式中,rc為巖石的混合密度,15.3kN/m3;b= 0.857m。

則:Qs=5432N/m3。

3.2 錨索參數(shù)確定

頂板錨網(wǎng)索聯(lián)合支護,兩幫錨網(wǎng)支護。

(1)錨索長度:

式中,Ld為錨索長度,m;b為冒落拱高度, 0.857m;Ld1為冒落拱以外錨固長度,1.5m;Ld2為錨索外露長度;0.5m。

則Ld=2.857m,結(jié)合《煤巷錨桿支護規(guī)范》取Ld=6.5m。

(2)錨索支護方式:

考慮到該工作面受壓情況及支護的安全性,巷道頂部布置 2排錨索,排距 1.4m,間距 2.8m。

(3)錨固劑用量:

錨索孔徑為 28mm,錨索直徑為 15.24mm,樹脂錨固劑藥卷直徑為 23mm,錨固長度為 1500mm,每根錨索需要錨固劑藥卷長度為:

采用 3種樹脂藥卷,分別是 2支 CK2335,2支 K2335,1支 Z2335。

(4)錨索支護強度驗算:

式中,P索為錨索支護強度,kN/m3;n為每排錨索數(shù),2根;P為錨索破壞負荷,260.70kN;D排為錨索排距,2m。

則 P索=260.70kN/m3>QR=49.37kN/m3

故錨索支護強度滿足支護要求。

3.3 錨網(wǎng)支護參數(shù)

錨桿參數(shù)的確定,根據(jù)組合梁原理計算。

(1)錨桿長度L:

式中,L1為錨桿外露長度,取 100mm;L2為錨桿錨固長度,取 950mm;L3為組合梁自撐厚度,m。

式中,B為固定支撐壓力影響系數(shù),取 1;K1為與施工方法有關(guān)的安全系數(shù),取 5;P為組合梁上的均布載荷,130kN;<為組合梁層數(shù)有關(guān)的系數(shù),取 0.75;δ為最上一層巖層的抗拉強度,取0.72MPa;δΧ為原巖水平壓力,δΧ=λyΖ = 3.68MPa。

則L3=216mm;L=1266m,根據(jù)規(guī)范及實際情況,取L=1800mm;每根錨桿配備 2支樹脂錨固劑。

(2)錨桿間排距:

根據(jù)錨網(wǎng)索支護經(jīng)驗,當錨桿間排距為錨桿長度 1/2～1/3時,能形成比較厚的壓力拱,而且比較穩(wěn)定,故間排距為 600～900mm,考慮到本巷道的現(xiàn)狀及錨桿在巷道上的均勻布置,取間排距為700mm×700mm。

(3)錨桿直徑、材質(zhì):

根據(jù)《煤巷錨網(wǎng)支護設(shè)計規(guī)范》及鄰近采區(qū)的使用情況,錨桿選用直徑 <18mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,錨桿設(shè)計錨固力為 64kN,每根錨桿配備 1個直徑120mm,厚10mm的鑄鋼圓托板和一個竹托板。

(4)網(wǎng):

采用金屬菱形網(wǎng),用 10號鐵絲制做,規(guī)格1400mm×800mm,延網(wǎng)長度 100mm。

4 錨網(wǎng)索支護施工工藝及技術(shù)要求

4.1 施工工藝

交接班 (安全檢查)→輪線點眼→鉆眼→裝藥→灑水→放炮→灑水→敲幫問頂→出煤→臨時支護 (去U型鋼帽)→打頂錨桿 (掛網(wǎng))→刷幫(去U型鋼腿)→打幫錨桿 (掛網(wǎng))→打錨索。

4.2 技術(shù)要求

(1)施工時嚴格按線施工,必須保證回風巷與采空區(qū)間煤柱的寬度,確保錨桿的支護強度。

(2)頂板破碎時,必須配合 <20mm螺紋綱焊接的梯子梁加強支護。

(3)錨索預緊力不得小于 200kN,錨桿預緊力不小于80kN。

(4)出現(xiàn)失效錨桿、錨索,須立即補打。

(5)按規(guī)定成立質(zhì)量管理小組,及時對頂板離層進行觀測,發(fā)現(xiàn)頂板離層超過規(guī)范規(guī)定,立即采取措施,進行處理。

支護改進后,頂板整體性得到強化,兩幫在有效支護下移近量減小;巷道底鼓狀況明顯減慢,通過局部擴整滿足了巷道使用。

5 技術(shù)經(jīng)濟分析

U型鋼支護 U36型鋼每架 2800元;3節(jié) U型鋼 6副卡纜 =336元,即每架U36型鋼總費用為3136元。網(wǎng)片每架一片 56元,裱褙材料每架 104元。故此每架支護費用為 3296元;U鋼支護輔助費 31元/m;裱褙材料 48元/m,共計 790元,人工費 880元/m,U鋼間距為 700mm。U剛支護每米費用為 5705元。

錨網(wǎng)索支護 錨桿直徑 18mm,長 1800mm,每根錨桿配備 2支 K2335型樹脂藥卷,鑄鋼托盤及竹托盤各 1個,每根共計 35元,錨桿間排距為700mm×700mm;錨索直徑 17.8mm,長 6500mm,每根配備 5支樹脂藥卷,鋼托盤 1個,每根共計122元,間排距 2800mm×1400mm;10號鋼絲網(wǎng)片(1.4m×0.8m)。則每米需錨桿 23套,錨索需 1.4套,鋼絲網(wǎng)片 12.1片,人工費 720元/m。故每米支護費用為 1950元。輔助費用 52元/m。則錨網(wǎng)索支護每米總費用為 2002元。

2009年 1～6月份共翻修巷道 880m,綜合效益為 325.8萬元。

同時,錨網(wǎng)索支護技術(shù)不僅有效降低了工人的勞動強度,也為采煤工作面超前處理和快速回采創(chuàng)造了條件,極大地提高了采煤工作面的回采效率,而且有效降低了 U型鋼回收時的輔助費用和人工費用。

6 結(jié)論

在高應力區(qū)通過對地質(zhì)條件和巷道頂、底板穩(wěn)定狀況的分析,在理論數(shù)據(jù)支持下,在類似條件下應用全斷面錨網(wǎng)索支護,不僅技術(shù)上科學合理,而且效益顯著。在對巷道有效支護的同時,極大地減輕了工人勞動強度,同時為工作面快速回采提供了條件。黃沙礦應用該技術(shù)的成功為集團公司在高應力條件下的全煤巷錨網(wǎng)索支護的推廣和應用又提供了新的技術(shù)支持和經(jīng)驗。

[責任編輯:王興庫]

TD353.6

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1006-6225(2010)03-0067-03

2009-07-13

張俊國 (1967-),男,河北藁城人,高級工程師,副總工程師,冀中能源黃沙礦副礦長。