急傾斜厚煤層分層開采頂板巷支護(hù)設(shè)計(jì)

李冠一

摘要：本文就某使用急傾斜厚煤層分層開采項(xiàng)目，針對(duì)頂板巷道的地質(zhì)情況，使用掃描電鏡以及X射線等方式對(duì)巷道圍巖構(gòu)造性質(zhì)等有具體了解，隨后借助FLAC技術(shù)進(jìn)行模擬分析，最終確定了相對(duì)合理的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)措施，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證，此次設(shè)計(jì)的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案可以大大規(guī)避圍巖變形問題，確保現(xiàn)場(chǎng)開采工作順利進(jìn)行，充分證明了該支護(hù)方案的可靠性以及有效性。

關(guān)鍵詞：急傾斜厚煤層;支護(hù);分層開采

1.項(xiàng)目概況分析

該礦井是典型的低瓦斯礦井類型，其中煤層等并不存在爆炸性危險(xiǎn)。經(jīng)過探測(cè)，其中煤層機(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且并不穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件也比較簡單，含有少量裂隙水情況，但不會(huì)影響生產(chǎn)。頂板主要為含碳以及不含碳的粉砂巖、泥巖等為主，部分為礫巖，存在礫粗砂巖與細(xì)砂巖等。底板主要為炭質(zhì)泥巖以及不含碳的細(xì)粉、粗粉砂巖與互層為主，局部為中粒砂巖以及細(xì)晶巖。此次主要采用水平分層懸移支架頂煤的方式進(jìn)行開采，爆破落煤?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采高約為2米，放頂煤高度約為6米左右。

2.支護(hù)方案探討

2.1頂板巖性探測(cè)

首先利用X射線技術(shù)對(duì)頂板的巖石進(jìn)行衍射分析，從而得到煤頂板的礦物成分含量分布情況。結(jié)果表明，該煤頂板的主要成分為伊利石以及高嶺石與綠泥石等。相較于其它礦物成分，伊利石的含量最高，屬于常見的膨脹性軟巖，具有特殊的遇水膨脹效果。隨后，利用電鏡技術(shù)進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的探測(cè)，結(jié)果顯示該項(xiàng)目部分巷道的圍巖主要由軟弱、破碎的膨脹性軟巖組成。

2.2支護(hù)方案研究

依據(jù)實(shí)際所探測(cè)到的改巷道地質(zhì)條件情況，并集合變形力學(xué)現(xiàn)骨干原理，參照逐步轉(zhuǎn)化復(fù)合型變形力學(xué)原理為單一型變形力學(xué)機(jī)制的設(shè)計(jì)模式，確定最終頂板巷的支護(hù)形式，即錨網(wǎng)索與高強(qiáng)度鋼帶配合支護(hù)。實(shí)際巷道毛斷面設(shè)計(jì)規(guī)格為2600*2600mm，凈斷面實(shí)際規(guī)格為2400*2500mm。

依據(jù)不同的支護(hù)位置，實(shí)際所需要選用的支護(hù)錨桿規(guī)格也各不相同：煤幫部錨桿主要采用直徑20毫米左右的無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，長度約為2.4米，間排距設(shè)計(jì)為750*800毫米，使用CK2850以及CK2350作為錨桿的錨固劑，實(shí)際錨桿的預(yù)緊力應(yīng)當(dāng)不低于8噸;針對(duì)頂板錨桿主要采用直徑為20毫米的左旋無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿為主，長度約為2.4米，間排距為750*800毫米，使用CK2850以及CK2350作為主要錨固劑，設(shè)計(jì)錨桿預(yù)緊力應(yīng)當(dāng)不低于8噸;而針對(duì)巖幫部的錨桿則可以選擇直接為18毫米的樹脂錨桿即可，長度約為2米，間排距可以適當(dāng)增至850*800毫米，同樣以CK2850以及CK2350作為主要錨固劑，設(shè)計(jì)錨桿預(yù)緊力應(yīng)當(dāng)不低于8噸。對(duì)于頂以及煤幫的錨桿主要使用蝶形鋼托盤作為主要托盤，尺寸設(shè)計(jì)為150*150*10毫米即可，而對(duì)于巖幫的錨桿則主要選擇200*300*50毫米的水泥托盤即可。

對(duì)于頂部以及煤幫部的使用直接為6毫米的冷拔鋼筋制成的經(jīng)緯網(wǎng)即可，規(guī)格以1800*1000毫米為宜，網(wǎng)格的大小應(yīng)當(dāng)不高于60*60毫米，所有的網(wǎng)需要使用壓茬進(jìn)行可靠連接，搭接長度應(yīng)當(dāng)不低于100毫米。除此之外，相鄰的兩塊網(wǎng)之間應(yīng)當(dāng)使用12號(hào)鐵絲進(jìn)行可靠固定連接，連接位置應(yīng)當(dāng)分布均勻，間距設(shè)計(jì)不高于400毫米為宜。在巖幫位置則采用直徑為6毫米的冷拔鋼筋所制成的經(jīng)緯網(wǎng)，規(guī)格以1800*1000毫米為宜，網(wǎng)格的大小可以100*100毫米，此外相鄰的兩塊網(wǎng)壓茬應(yīng)當(dāng)不低于100毫米，并使用12號(hào)鐵絲進(jìn)行有效固定，相鄰的兩個(gè)鏈接位置之間的間距也應(yīng)當(dāng)不高于400毫米，且均勻分布。此次所選用的鋼帶，不同使用場(chǎng)合鋼帶質(zhì)量規(guī)格要求也各不相同。在頂部位置主要采用BHW270-275W型鋼帶，展寬需要達(dá)到300毫米，成型后的寬度應(yīng)當(dāng)不低于270毫米，板材的厚度設(shè)計(jì)為2.75毫米，長度為2.5米。而在煤幫為主則主要采用鋼筋梯的方式，破碎段選擇BHW270-275W型鋼帶。讓壓管是一個(gè)典型的含有一定的塑性的塑料套管，一般安裝在螺母與托盤之間。由于煤幫錨桿由于動(dòng)壓的存在可能會(huì)發(fā)生一定的形變，為了保障幫錨桿可以有效管控煤幫的形變，此次對(duì)于所有煤幫錨桿均安裝了該讓壓管。

此次使用直接大小為15.24毫米、長度為6米的錨索，外漏長度約為300毫米。錨索的托盤選擇20號(hào)的槽鋼，規(guī)格為400*2200*80毫米，中間加焊的規(guī)格為200*150*10毫米，鋼板中心眼孔設(shè)計(jì)直徑為16.5毫米。相關(guān)錨索選擇CK2350型錨固劑，內(nèi)部采用K2350型樹脂藥卷。錨索的頂緊力設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)不低于15噸。錨索垂直巷道頂部進(jìn)行布置，實(shí)際錨索排距應(yīng)當(dāng)為1600毫米，每排設(shè)置1根。具體設(shè)計(jì)斷面示意圖如下所示：

3.施工流程分析

首先，依據(jù)設(shè)計(jì)毛斷面對(duì)巷道進(jìn)行進(jìn)一步的深入掘進(jìn)，并確保其成型完好;在架設(shè)開始前務(wù)必對(duì)探梁等進(jìn)行臨時(shí)可靠支護(hù);其次，緊隨著進(jìn)行迎頭掛網(wǎng)，擺好鋼帶、緊隨迎頭進(jìn)行頂部錨桿眼的布置、將頂部錨桿安裝完畢、布置好幫部的鋼筋梯、在幫部打錨桿眼、將幫部錨桿以及讓壓桿等可靠安裝完畢;最后，打錨索眼，隨后可靠安裝錨索，對(duì)安裝完畢后的錨索進(jìn)行張拉操作，從而增加錨索的預(yù)緊力。在整個(gè)的施工作業(yè)過程中，其中一些施工流程可以依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件進(jìn)行平行作業(yè)，從而進(jìn)一步加快整個(gè)工作進(jìn)度。

4.支護(hù)效果分析

使用礦壓監(jiān)測(cè)的方式對(duì)設(shè)計(jì)支護(hù)方案效果進(jìn)行科學(xué)分析。所涉及的設(shè)備包括測(cè)力錨桿、錨索測(cè)力計(jì)和智能數(shù)字應(yīng)變儀等。通過對(duì)各個(gè)設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)記錄分析，在回采之前基于測(cè)力錨桿以及錨索測(cè)力裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，測(cè)力錨桿以及錨索測(cè)力計(jì)的數(shù)據(jù)顯示相對(duì)穩(wěn)定，說明在這段時(shí)間內(nèi)，礦壓處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài);而當(dāng)開始回采時(shí)，由于回采的影響，礦壓瞬間增加，就監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯的變化，且隨著煤回采的進(jìn)行，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)也在緩慢增加。說明此次支護(hù)方案設(shè)計(jì)相對(duì)科學(xué)合理，可以起到較好的支護(hù)效果，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需求。

5.結(jié)束語

近些年隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)煤礦等資源的需求越來越大。而煤礦開采問題一直以來是社會(huì)高度關(guān)注的話題之一。急傾斜厚煤層分層開采頂板巷支護(hù)工程是煤礦開采經(jīng)常遇到的問題，一旦設(shè)計(jì)不合理極有可能造成嚴(yán)重的安全隱患。本文依據(jù)具體案例，首先利用X射線衍射以及掃描電鏡SEM微觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)對(duì)巷道周邊的圍巖情況等進(jìn)行全面分析，隨后利用FLAC數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，從而制定了相對(duì)科學(xué)合理的支護(hù)方案。經(jīng)過工程實(shí)際的驗(yàn)證，結(jié)果表明此次所涉及的支護(hù)方案可靠性較高，可以大大控制圍巖形變情況，確保日常生產(chǎn)的正常進(jìn)行。未來隨著煤礦開采難度越來越大，對(duì)于相關(guān)單位務(wù)必關(guān)注煤礦開采安全問題，依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件等綜合因素，提供更為科學(xué)以及可靠的設(shè)計(jì)方案，務(wù)必保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性。

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