厚煤層巷道沿底上山掘進(jìn)錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)實踐

張慶華

(開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司唐山礦業(yè)分公司，河北省唐山市，063000)

厚煤層工作面采用放頂煤開采方式，其回采巷道布置為沿煤層底板掘進(jìn)施工，保留頂煤。在掘進(jìn)過程中，由于煤層的賦存條件的變化、煤層傾角較大、煤體松散破碎等原因，若支護(hù)不好不僅影響巷道掘進(jìn)速度，增加后期維護(hù)費用和影響使用效果等，而且對施工人員的人身安全構(gòu)成了較大威脅，給施工帶來很大困擾。唐山礦Y396切眼掘進(jìn)過程中，通過對現(xiàn)場巷道支護(hù)分析研究與實踐，有效解決了厚煤層沿底上山掘進(jìn)巷道支護(hù)的安全問題。

1 工程概況

Y396切眼位于唐山礦岳胥區(qū)13水平，巷道長度155 m。煤層最大傾角32°，平均傾角23.1°；煤層平均厚度9.9 m，根據(jù)附近工作面工程揭露及附近鉆孔資料分析該工作面處于8、9號煤層分區(qū)，夾石厚度0.2～4.0 m，巖性為黑色碳質(zhì)泥巖，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對煤層開采有一定影響。煤層老頂為深灰色細(xì)砂巖，成份以石英為主，較堅硬，平均厚度4.7 m；直接頂為深灰色粉砂巖，平均厚度4.6 m；直接底為黑灰色碳質(zhì)泥巖，平均厚度1.5 m，老底為深灰色粉砂巖，平均厚度7.45 m。

2 巷道支護(hù)技術(shù)

2.1 支護(hù)方式確定

在巷道掘進(jìn)支護(hù)方式方面，唐山礦主要采用錨網(wǎng)支護(hù)或架棚支護(hù)。若采用架棚支護(hù)，該支護(hù)方式運輸材料工作量大，需要配置人員多，勞動強(qiáng)度大，人力物力消耗大，同時架設(shè)金屬拱形棚子笨重作業(yè)方式以及沿底上山巷道操作等問題，給掘進(jìn)施工帶來了很大的安全隱患。若采用錨網(wǎng)支護(hù)方式，在掘進(jìn)煤層的賦存條件變化大、煤層傾角較大、煤體松散破碎等情況下，不能有效控制巷道掘進(jìn)頭煤壁劈幫和防止煤層頂板離層冒落。為確保支護(hù)方式合理，經(jīng)綜合分析采用錨網(wǎng)支護(hù)。

2.2 斷面形狀選擇

Y396切眼沿煤層底板掘進(jìn)，留頂煤，采用矩形斷面，巷道掘進(jìn)寬4.5 m，高3 m。巷道頂部采用微拱形，以便提高煤頂?shù)姆€(wěn)定?？紤]到巷道頂煤會發(fā)生整體下沉，采用微拱后，隨著頂煤下沉逐漸為平頂，若掘出的巷道為平頂，當(dāng)頂煤下沉后，出現(xiàn)頂部下彎而不利于煤頂穩(wěn)定，設(shè)計的頂部微拱高度200～300 mm，因此巷道掘進(jìn)要求斷面高度為3.3 m。

2.3 錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)確定

2.3.1 頂板支護(hù)技術(shù)

采用錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)、錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。頂部使用7個長度為4.5 m的W型鋼帶；布置7根?20 mm×2200 mm右旋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，采用CK2333型樹脂藥卷錨固，采用0.9 m×5.0 m的12#鉛絲編制的菱形金屬網(wǎng)。頂板錨桿排距為700 mm，如遇地質(zhì)變化、頂板壓力大等時縮小排距。中間的頂板錨桿要垂直于頂板施工，軸向偏差≤5°，每排兩側(cè)的頂錨桿與頂板法線方向巷幫側(cè)傾斜20°～30°。頂錨桿錨固力達(dá)到70 kN，螺母扭緊力矩達(dá)到100 N·m。

同時采用錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。錨索采用直徑17.8 mm、長度為10 m的1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼鉸線。在巷道內(nèi)每兩排布置一根錨索，交錯布置，錨索間距1.4 m，距相鄰巷幫1.4 m。錨索的錨固端進(jìn)入穩(wěn)定巖層的深度不得小于1.5 m，拉脹預(yù)緊力達(dá)到100 kN以上。

2.3.2 巷幫支護(hù)技術(shù)

采用錨桿+托盤+網(wǎng)協(xié)同支護(hù)，如圖1和圖2所示。兩幫每排布置4根?20 mm×2200 mm右旋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，托盤使用尺寸為200 mm×200 mm×40 mm的木板；使用1.7 m×3.0 m的12#鉛絲菱形金屬網(wǎng)。幫錨桿呈五花眼均勻布置，最上一排距頂板不大于300 mm，最下一排距底板不大于500 mm，中間排距800～1000 mm，如果超規(guī)定要補(bǔ)打幫部錨桿，錨桿角度要垂直煤壁，靠近頂、底的兩根錨桿分別與水平線上仰、下傾呈10°～15°夾角。幫錨桿錨固力為40 kN，螺母扭緊力矩達(dá)到60 N·m。

圖1 Y396切眼錨網(wǎng)支護(hù)示意圖(斷面圖)

圖2 Y396切眼錨網(wǎng)支護(hù)示意圖(錨索布置圖)

3 厚煤層巷道沿底上山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及施工對策

3.1 支護(hù)技術(shù)

巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)直接關(guān)系巷道施工的支護(hù)質(zhì)量。根據(jù)地質(zhì)條件及頂、底板圍巖性質(zhì)參數(shù)等，同時參照本煤層相鄰巷道錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計和掘進(jìn)施工實踐經(jīng)驗，對該巷道頂煤冒落范圍進(jìn)行分析計算，頂煤潛在冒落拱范圍很大，不論是按懸吊理論作用布置還是按加固拱理論作用布置，用常規(guī)的錨網(wǎng)支護(hù)均難以奏效，針對厚煤層沿底上山巷道掘進(jìn)，改進(jìn)錨網(wǎng)施工支護(hù)技術(shù)。

3.1.1 頂部錨桿

頂部錨桿垂直于水平面施工，其投影方向均垂直于水平面，同時增加頂錨桿的長度和直徑，錨桿規(guī)格由?20 mm×2200 mm改為?22 mm×2400 mm。

3.1.2 兩幫錨桿

如果兩幫煤體較為破碎，礦壓顯現(xiàn)時，幫部錨桿加打幫部鋼帶，鋼帶采用2.3 m長的W型鋼帶，以提高對巷幫的支護(hù)強(qiáng)度；礦壓顯現(xiàn)較大時可打幫部錨索。

3.1.3 頂部錨索

錨索垂直于水平面施工，同時增加頂部錨索的數(shù)量和長度，數(shù)量由原每兩排一布置變?yōu)橐慌乓徊贾?，長度由10 m增加到12 m，保證加長的錨索使其進(jìn)入穩(wěn)定巖層的深度不得小于1.5 m，如圖3所示。

圖3 Y396切眼沿底上山掘進(jìn)巷道錨網(wǎng)支護(hù)示意圖

3.2 施工對策

3.2.1 掘巷(炮掘)管理

厚煤層巷道上山掘進(jìn)施工，煤層傾角大，施工方式采用炮掘。由于厚煤層巷道沿底板掘進(jìn)，巷道上部為煤頂，放炮后煤層頂板面經(jīng)常不平整，施工時合理布置好炮眼，掘進(jìn)頭煤壁中上部適當(dāng)少打眼少裝藥，放炮后巷道掘進(jìn)頭煤層頂凸凹不平處使用手鎬刷平齊。施工過程中可尋找一個穩(wěn)定層面，順煤層內(nèi)穩(wěn)定面施工。

3.2.2 臨時支護(hù)

臨時支護(hù)材料為2根長1.5 m的槽鋼前探梁，提前準(zhǔn)備好支護(hù)使用的鋼帶和金屬網(wǎng)。每次放炮掘出荒斷面后，及時做好有效的臨時支護(hù)。將雙金屬前探梁移到迎頭打好的末排鋼帶錨桿上，使雙金屬前探梁上托住鋼帶+金屬網(wǎng)超前支護(hù)好荒斷面空頂范圍頂板，在雙前探梁托鋼帶+金屬網(wǎng)臨時支護(hù)下，盡量縮短上頂空頂時間，及時進(jìn)行打頂錨桿，做好巷道的永久支護(hù)。

3.2.3 超前支護(hù)

每次放炮掘出荒斷面后，若迎頭煤壁及兩幫煤體破碎、不穩(wěn)定，在做好頂部臨時支護(hù)后，及時打超前錨桿控制迎頭煤壁，防止煤壁劈幫冒落。超前錨桿根據(jù)現(xiàn)場迎頭煤體穩(wěn)定及破碎情況合理布置，確定好超前錨桿的位置和數(shù)量，往前掘進(jìn)發(fā)現(xiàn)超前錨桿失效及時補(bǔ)打。煤體極不穩(wěn)定時，頂部錨桿前方迎頭及兩幫可采取掛網(wǎng)臨時封好。

3.2.4 錨桿施工

按照開灤集團(tuán)公司制訂的《安全技術(shù)操作規(guī)程》規(guī)定，控頂距為永久支護(hù)至迎頭煤壁最大距離不大于設(shè)計排距加0.3 m。錨網(wǎng)支護(hù)正常排距為0.7 m，即每循環(huán)施工設(shè)計最大控頂距為1 m。第一次放炮施工時，掘進(jìn)量為1 m，在巷道上頂先做好 0.7 m錨網(wǎng)支護(hù)，還剩下0.3 m巷道上頂未支護(hù)，下次放炮施工時，掘進(jìn)量為0.7 m，將前探梁前移至巷道迎頭做好臨時支護(hù)，及時做好0.7 m巷道上頂?shù)腻^網(wǎng)支護(hù)，始終保證巷道最大控頂距不大于1 m，依次類推進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)施工。Y396切眼沿底上山掘進(jìn)錨網(wǎng)支護(hù)施工示意圖如圖4所示。

巷道掘進(jìn)迎頭始終存在的不超過0.3 m的空頂范圍是錨桿機(jī)操作的空間。為了利于施工人員操作錨桿機(jī)打錨桿，迎頭3～5 m范圍巷道留浮煤制作平臺，高度距上頂2 m，煤壁越高越易于劈幫。錨桿機(jī)施工高度不夠時可提前在支腿腳預(yù)留位置挖一個坑，每次錨桿機(jī)的支腿緊靠迎頭煤壁，始終保持錨桿機(jī)的支腿與平臺面垂直，才能保證錨桿機(jī)更好地運轉(zhuǎn)。操作時有專人觀山指揮，人員不許進(jìn)入空頂區(qū)進(jìn)行工作，人員站位不得背靠煤壁側(cè)，發(fā)現(xiàn)頂板及其他問題將立即停止作業(yè)。

圖4 Y396切眼沿底上山掘進(jìn)錨網(wǎng)支護(hù)施工示意圖

3.2.5 監(jiān)測管理

施工巷道開頭點安設(shè)一個頂板離層儀，每掘進(jìn)50 m安設(shè)一組錨桿測力計、頂板離層儀等，加強(qiáng)監(jiān)測設(shè)備觀測，對巷道頂板的下沉量、巷道變形量、錨桿支護(hù)效果等進(jìn)行日常動態(tài)監(jiān)測，并做好記錄。同時加大檢查巷道錨網(wǎng)支護(hù)施工質(zhì)量，對錨桿施工不符合技術(shù)要求，或是礦壓顯現(xiàn)導(dǎo)致錨桿失效、托盤變形等時，及時采取措施，保證掘進(jìn)巷道頂板安全。

4 施工巷道支護(hù)效果

在Y396切眼上山掘進(jìn)過程中，現(xiàn)場經(jīng)過不斷分析研究和施工實踐，及時改進(jìn)支護(hù)技術(shù)和制定施工對策，有效控制巷道掘進(jìn)頭煤壁劈幫和防止頂板離層冒落，保證了巷道順利安全掘進(jìn)施工。通過現(xiàn)場觀測，巷道掘進(jìn)和后期巷道表面收斂情況、圍巖深部位移、頂板離層情況、錨桿錨索受力狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)觀測和總結(jié)。結(jié)果表明，厚煤層沿底上山巷道在錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)條件下，雖然巷道礦壓顯現(xiàn)明顯，尤其是在回采安裝期間，巷道變形量仍然較大，針對這種情況，在巷中加密錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)效果較好。

5 結(jié)論

(1)錨網(wǎng)支護(hù)巷道時，巷道中部頂板支護(hù)效果尤為重要，錨索加強(qiáng)支護(hù)非常關(guān)鍵。

(2)進(jìn)行厚煤層巷道支護(hù)時，錨桿以加固作業(yè)為主，旨在使其長度范圍以內(nèi)的頂煤形成整體結(jié)構(gòu)；錨索以懸吊作用為主，旨在把潛在冒落范圍的頂煤懸吊在上部較穩(wěn)定的直接頂巖層上，阻止發(fā)生垮落。

(3)沿底上山施工，主要研究制定好巷道掘進(jìn)頭煤壁劈幫和防止煤層頂板離層冒落的施工對策，以及確定出合理的錨桿支護(hù)技術(shù)方案。

(4)通過Y396切眼的掘進(jìn)施工實踐，該經(jīng)驗方法簡單可靠，施工速度加快，勞動強(qiáng)度減輕，施工安全可靠，支護(hù)效果理想。

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