关键词:蹬空工作面;顶板离层;矿压显现;让压支护;组合支护;初始预紧力
一、工程概况
1282(3)综采面为丁集矿西二采区-826m水平13槽首采工作面,该面位于东部13-1煤层采区大巷以西,ZF-5断层以东,SF21断层以北,工作面下方的11-2煤的1422(1)工作面已回采完毕,1412(1)运顺、轨顺及切眼已于2010年8月21日贯通。由于该面下部为1422(1)采空区,而该面运输顺槽内错1422(1)采空区15m布置,轨道顺槽内错1422(1)采空区40m布置,因此1282(3)综采面两巷实际上属于蹬空面巷道,而对于该类巷道必须加强化支护结构体的整体支护作用,加强顶板支护。因此矿方进行了1282(3)蹬空工作面围岩支护设计。
二、巷道支护工艺研究
(1)巷道支护设计要求
巷道层位:巷道跟13-1煤层顶板掘进;
巷道类型:蹬空巷道;
巷道断面:
轨顺及运顺 :宽×中高=5.0×3.4=17.00m2;
切眼 :宽×中高=7.3×3.4=24.82m2;
掘进方法:综掘;
支护方法:锚索网支护;
服务期限:2年左右。
(2)巷道的支护难点
1)支护体与围岩共同承载作用降低。由于1282(3)工作面区域范围内11槽和13槽煤层间距约为78m左右,其下的1422(1)工作面收作还不到半年时间,采空区周边岩层还未稳定,并且其邻近的1412(1)工作面在1282(3)轨顺掘进时正在回采,因此其上覆岩层、特别是轨顺上覆岩层在巷道掘进过程中仍处在剧烈活动期内,其结果不仅造成支护体不能及时与围岩共同承载,而且还易导致支护体结构损坏;
2)巷道处在拉应力与压应力的转折端,巷道呈现不均匀沉降,支护体易受剪切破坏。由于1282(3)运顺内错1422(1)采空区15m布置、轨顺内错1422(1)采空区40m布置,而上述区域均处在1422(1)综采面顶板弯曲下沉拉伸应力区内,其结果将会造成巷道水平应力增大,使支护体易受剪切破坏;
3)1282(3)两巷顶板岩性相变较大。由巷道区域钻孔地质柱状可以看出,1282(3)两巷顶板岩性相变较大,如补08-1钻孔在顶板4m~5.5m区域范围内存在两层煤线,而该处极导致顶板产生离层破坏;
4)顶板砂岩层含水。由于1282(3)两巷直接顶砂岩或直接顶泥岩上部的砂岩层含水,当顶板有裂隙、构造或锚索孔通达砂岩层时,顶板淋水,造成顶板泥岩膨胀和强度弱化,泥岩的膨胀变形会在锚索上产生巨大的载荷,同时顶板淋水还会使锚杆和锚索发生锈蚀,降低锚杆和锚索的承载力;
5)由于1282(3)两巷不仅蹬空,而且轨顺属于动压条件下巷道支护问题,预计巷道矿压显现剧烈。
(3)巷道支护的技术对策
根据1282(3)蹬空面两巷支护技术难点分析,在1282(3)蹬空面两巷及切眼支护设计中应采取以下技术对策:
1)改善巷道支护体结构,防止或减缓支护体结构受剪切破坏。
2)采取主动让压支护,有控制地释放顶板岩层的形变压力。
3)采用组合支护,以保证支护体结构在顶板沉降过程中,有效地实现支护体结构与围岩共同承载。
4)提高巷道的初始支护强度。
5)提高锚杆的初始预紧力。
6)在动压影响期间内,采用木点柱补强支护。
7)在顶板淋水、围岩破碎带区域,应强化锚索支护作用,或者采用U型钢架棚支护,防止顶板出现漏冒顶事故。
三、巷道支护方案设计
(1)顶板初始支护方案
顶板支护结构包括4部分:
第一部分由锚杆和M5钢带组成。M5钢带安装在巷道中部,每根M5钢带上安装7根锚杆,锚杆穿过钢带垂直锚入巷道顶板,为便于施工管理,轨道顺槽和运输顺槽顶板锚杆规格一样,均为Φ22×2800mm(锚杆材质为MG400)。
第二部分由16#槽钢和锚索组成(锚索采用分区段设计)。
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轨道顺槽(动压影响区段):由于轨道顺槽从外段拔门掘进时,1412(1)工作面正在回采,因此轨道顺槽从外段拔门施工至轨道顺槽推过1412(1)工作面100m范围(两者交错100m)均属动压影响区段,在该区段内顶板锚索不分岩性结构均采用“4-4”布置,即“2-2”居中+顶板两侧300mm长工字钢配合U型钢托盘点锚索布置,槽钢梁长2.0m,槽钢型号为16#槽钢,锚索规格:Φ22×5300/(6300~7300)mm(锚索长度设计原则:保证锚索锚固端应有1m以上锚在砂岩内,若顶板泥岩厚度小于4m,则采用Φ22×5300mm锚索;若顶板泥岩厚度超过4m、但小于5m,则采用Φ22×6300mm锚索;若顶板泥岩厚度超过5m,则采用Φ22×7300mm锚索)。
轨道顺槽(停采线外段无动压影响区段):顶板锚索采用“3-3”交错布置,即“2-2”交错+300mm长工字钢配合U型钢托盘点锚索布置,槽钢型号与锚索规格同动压影响区段一致。
运输顺槽(砂岩直覆区段):顶板锚索采用“2-2”交错布置,错距1.4m,槽钢梁长2.0m,槽钢型号为16#槽钢,锚索规格:Φ22×5300mm。
运输顺槽(泥岩及砂泥岩互层区段):顶板锚索采用“4-4”布置,即“2-2”居中+顶板两侧300mm长工字钢配合U型钢托盘点锚索布置,槽钢梁长2.0m,槽钢型号为16#槽钢,锚索规格:Φ22×5300/(6300~7300)mm(锚索长度设计原则:保证锚索锚固端应有1m以上锚在砂岩内,若顶板泥岩厚度小于4m,则采用Φ22×5300mm锚索;若顶板泥岩厚度超过4m、但小于5m,则采用Φ22×6300mm锚索;若顶板泥岩厚度超过5m,则采用Φ22×7300mm锚索)。
第三部分是10#金属网,金属网紧贴顶板铺设,并沿纵向搭接,搭接长度100~150mm,搭接处用M5钢带压茬。
第四部分是木点柱补强支护或加套U型棚支护。
由于1282(3)轨、运顺均为蹬空巷道,且轨顺在掘进期间还受到1412(1)工作面回采动压影响,为了提高巷道的安全可靠度,若锚索网支护巷道顶板5m以上有煤线或泥岩,则应在锚索网支护的基础上在巷中紧靠皮带架打一排木点柱(木点柱规格:直径不小于200mm,长3400mm)或加套U型棚支护。
(2)巷帮支护方案
巷帮支护包括3部分:
第一部分由M5钢带和锚杆组成。巷帮M5钢带沿巷道竖直方向铺设,M5钢带长3.2m,每根钢带上布置5根锚杆,另外为避免巷帮锚杆受钢带的剪切,巷帮钢带上锚杆均垂直巷帮锚入巷帮煤体,巷帮锚杆规格:Φ22×2500mm。
第二部分由槽钢和锚索组成(仅轨道顺槽动压影响区段):轨道顺槽从外段拔门施工至轨道顺槽推过1412(1)工作面100m范围,该区段巷帮采用增打锚索方式加强支护,其中巷道右帮布置1排水平锚索,左帮(工作面侧帮)也布置1排水平锚索,巷帮锚索采用槽钢组合成一体,槽钢梁长1.2m,槽钢型号为16#槽钢,锚索规格:Φ22×4300mm。
第三部分是10#金属网,金属网沿煤帮竖直铺设,并沿纵向搭接,搭接处用铁丝扎牢,并用钢带压茬。
在断层破碎带附近及顶板淋水地段,采用U型钢架棚支护或调整锚索网支护参数。
(3)1282(3)两巷加固设计
根据1282(3)两巷支护设计的总体思路,考虑到巷道施工进度的需要,1282(3)两巷锚索网支护设计分两步实施,即掘进期间的初始支护设计和动压影响期间的加固设计。
由于1282(3)运顺内错1422(1)采空区15m布置、轨顺内错1422(1)采空区40m布置,虽然轨顺受1422(1)综采面采动所引起的拉伸影响程度小于运顺,但轨顺在掘进过程中还要受到1412(1)工作面回采动压影响,因此1282(3)两巷在初期支护的基础上都必须要进行二次加固。
1)1282(3)轨顺加固设计:
巷道外段(距拔门口110~200m区段):不仅处在1422(1)工作面收作所形成的应力集中区范围内,而且巷道顶板表面完整性差,对于该段顶板锚索按“5-5”布置加固,即在巷道顶板中部和顶板左或右侧各加打一根点锚索。考虑到二次加固时,顶板已发生变形,因次二次加固锚索长度应大于初期支护锚索长度,加固锚索规格为Φ22×7300mm,锚索托板采用200×200×16mm平托板+U型钢制作的平托板。
动压影响完整顶板区段:顶板锚索按“5-5”布置加固,即在每排巷道顶板中部加打一根点锚索,加固锚索规格为Φ22×7300mm,锚索托板采用200×200×16mm平托板+U型钢制作的平托板。
动压影响破碎顶板区段:在顶板锚索按“5-5”布置加固的基础上套架平顶型U型棚。
2)1282(3)运顺加固设计:
由于运顺实际揭露顶板均为泥岩及复合顶板顶板,因此运顺顶板锚索全部要求按“5-5”布置加固,即在每排巷道顶板中部加打一根点锚索,加固锚索规格为Φ22×7300mm,锚索托板采用200×200×16mm平托板+U型钢制作的平托板。
四、小结
丁集煤矿1282(3)蹬空工作面开采工作面周边地质条件复杂,针对后期工作面开采过程中出现的顶板离层、矿压剧烈显现、巷道围岩破碎挤压变形等开采问题,矿方创造性的研究出了改善巷道支护体结构、主动让压支护、组合支护及提高锚杆的初始预紧力等综合支护方法,经工业性试验,支护效果良好,该支护技术的成功应用具有良好的指导作用。
作者简介:袁真,1984年9月生,硕士研究生,2014年毕业于安徽理工大学能源与安全学院矿业工程专业,现工作于淮沪煤电有限公司丁集煤矿,现为丁集煤矿副总工程师。
论文作者:袁真
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年19期
论文发表时间:2019/11/14
标签:顶板论文; 巷道论文; 工作面论文; 泥岩论文; 槽钢论文; 区段论文; 采空区论文; 《工程管理前沿》2019年19期论文;