摘 要:采动影响对巷道支护的影响是非常大的,在选择巷道支护参数时应慎重、充分考虑。 关键词:沿空掘巷;刘庄煤矿;工作面;实践 中图分类号:TD822+.2 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2010)020(C)-0195-02
一、121302工作面的地质概况
刘庄煤矿是国投新集能源股份有限公司二次创业的转折点。为了解决生产接替问题和尽可能提高回采率,准备在121302工作面风巷实施沿空掘巷。121302工作面风巷位于东二采区,东至121302工作面切眼,南临121302工作面中巷,西至13―1煤集中上山,北临121301工作面采空区,总掘进工程量:1161m。该巷道沿13-1煤顶板破顶800―1600mm掘进,施工范围内煤岩层总体形态为一宽缓的向斜构造,走向78―83°,倾向168―173°,倾角16.5°―21.5°,平均倾角18°。13―1煤老顶发育有厚层细砂岩,粉砂岩,砂岩可能局部裂隙发育,并赋存有以静储量为主的砂岩裂隙水,北边为121301工作面采空区,掘进时可能会出现滴、淋水现象。13―1煤伪顶为泥岩厚0.35m,直接顶为泥岩,厚4.88m,老顶为细砂岩,厚6.59m,即顶板多为泥岩,稳定性较差,抗压强度较小。该巷道掘进断面为宽5.2m,高4.1m。
121302工作面风巷的顶底板综合柱状,如图1所示。
图1
二、支护设计
(一)支护概况
121302工作面风巷北临121301工作面采空区,受采空区影响,巷道支护非常困难,宜采用锚网支护,锚索加M型钢带作加强支护。
(二)顶板支护设计
顶板采用锚网支护,锚索加M型钢带作加强支护,该支护方案主要考虑以下因素:
1、高强度左旋金属锚杆支护系统能够提供较高的轴向和横向约束力,锚固区的岩体具有更高的强度和刚度,有效控制顶板围岩破坏和变形,并对上部顶板下沉起到限制作用,有利于防止顶板松动垮落。
2、顶板锚杆通过托板和钢筋网形成一个整体,防止破碎岩体冒落,共同约束锚固区内顶板的变形和破坏。
3、采用预应力钢绞线制作的锚索加M型钢带作加强支护,可减小巷道顶角剪切应力,提高巷道顶板承载能力,同时将下部锚固区顶板悬吊在上部稳定岩层中,与锚杆共同支护,增加顶板的稳定性,保证巷道顶板安全可靠。
(三)两帮支护设计
两帮采用高强度左旋金属锚杆支护,铺设钢筋网和M型钢带,该方案主要考虑以下因素:
1、两帮煤体强度较小,121301工作面采过后采空区边缘煤体受到一定程度的破坏,尤其是掘巷后煤柱侧破坏更为严重,锚固长度过短时,常因锚固力偏低而不能充分发挥高强度锚杆的作用,必须加大锚固长度,增加M型钢带加强帮部支护。
2、高强度左旋金属锚杆允许有一定量的伸长使两帮锚杆支护系统具有一定的让压作用,以满足两帮强烈变形的需要,同时在巷道变形过程中为两帮提供较大的支护阻力,限制两帮尤其是窄煤柱的变形,保证巷道两帮稳定可靠。
3、沿空掘巷围岩较破碎,承载能力较小,巷道维护较困难。另外,受到本工作面采动支护影响后超前支承压力与上区段侧向支承压力叠加作用,巷道围岩压力较大。圆钢锚杆不能适应沿空掘巷高应力及大变形的特点,因此两帮采用高强度左旋金属锚杆支护。
(四)支护参数设计
根据121301工作面风巷支护情况和地质条件,用工程类比法进行121302工作面风巷支护参数设计,以巷道维护效果好、支护成本低、施工速度快为原则确定支护参数:
1、锚网支护
锚杆选用Ф22mm,L=2500mm的高强度左旋金属锚杆,及其相配套的塑性减磨垫圈、等强防松螺母、锚杆垫板和普通钢带,锚杆间排距为800mm×800mm,每排15根,配合Ф6mm,100 mm×60mm,1880mm×1000mm的钢筋网,每根锚杆采用3根Z2350型树脂药卷进行锚固。两帮各3根锚杆沿纵向增加L=1850mm,B=143mm的M型钢带,要求压茬连接,拱顶锚杆不加M型钢带。
2、锚索加M型钢带支护
锚索选用Ф21.8mm,L=9200mm的预应力钢绞线制作,及其相配套的大、小正方形垫板和锁具,锚索间排距为1200mm×1200mm,每排5根,每根锚索采用4根Z2850型树脂药卷进行锚固。锚索沿纵向增加L=2700mm,B=143mm的M型钢带,要求压茬连接。
3、支护材料的选择及质量要求
(1)锚杆:金属杆体抗拉屈服强度不小于320MPa,抗拉极限强度不小于500MPa,延伸率不低于16%,锚杆杆体尾部螺纹采用滚丝工艺加工,长度为(100±5)mm。
(2)螺母:使用加厚的与锚杆相匹配的快速安装螺母,配套使用2925P3Ti型风动扳手进行预紧,使得锚杆螺帽扭矩力不得低于200N•m。
(3)普通钢带:用Ф12mm的钢筋加工,极限抗拉强度不小于360MPa。
(4)锚杆垫板:使用厚度不低于l4mm,120mm×120mm的钢板制作,孔眼眼位居托盘中间,直径比锚杆杆体直径大1.5―2mm,用钻床或冲床加工,托盘的抗穿透强度应与锚杆的设计锚固力相匹配,不能使用铸铁托盘。
(5)塑性减摩垫圈:强度与螺母扭距相匹配。
三、沿空掘巷煤柱宽度的确定
因121302工作面风巷的北侧为121301工作面采空区,在侧向固定支承压力的作用下,采空区边缘存在应力降低区、应力升高区、原岩应力区,需确定煤柱的合理宽度以便进行巷道支护。通过对121301工作面风巷地质条件、支护状况的分析,掌握121302工作面风巷地应力分布特征。采用煤(岩)体表面相对位移监测方法,数值模拟121302工作面风巷采过、稳定以后,留不同宽度的煤柱掘121302工作面风巷煤柱宽度与巷道围岩变形的关系,如图2所示。
由图2可见,沿采空区侧掘巷时,煤柱较小对巷道围岩稳定较为有利。这个规律从数值模拟得到证实。但煤柱过小(2.5m)时,巷道围岩的位移量很大,这是由于虽然该处的应力较小,但掘进及受本工作面采动影响后围岩较为破碎,锚杆锚固力较小,围岩自身的承载能力较小:而煤柱宽度大于7m后。随着煤柱宽度的增大,巷道围岩应力增大。围岩变形量增大,不利于围岩稳定。从巷道围岩控制角度出发,煤柱宽度以6m最为有利,但考虑隔离采空区的瓦斯,将煤柱宽度确定为7.0m。
四、巷道矿压观测方案
为观测巷道在掘进期间、掘后稳定期间及受工作面采动影响期间围岩的活动规律及支护效果,为今后进一步改进和优化锚杆参数提供第一手材料,需在巷道掘进过程中设置相应的观测点,对围岩表面位移、深部位移、顶板离层状况、锚杆载荷、锚杆锚固力等进行观测。
(一)观测点的设置
1、正常情况下,每隔50―70m距离(在巷道压力较大地点,每隔30―50m距离)在巷道顶板安设一个顶板离层观测仪。
2、正常情况下,每隔50―70m距离(在巷道压力较大地点,每隔30―50m距离)在顶帮标记一组检测点,每组检测点设4个,即拱顶、底板及两帮各设1个,用钢尺实测巷道表面位移,即顶底板和两帮位移量。
(二)观测的要求及方法
1、掘进过程中,每班安装的锚杆要用扭矩扳手逐根进行检测,凡扭力矩达不到200N•M锚杆要当班重新补打安装,并将检测结果记入专用记录本中备查。
2、巷道表面位移量,自设立之日起,每隔7―14天观测1次,并将检测结果记入专用记录本备查。持续观测时间不少于3月。
3、顶板离层指示仪迎头向后200m内要求每天观测一次,其余2周内每周观测1次,2―4周内每周观测2―3次,然后一周观测1次,变形稳定后一个月观测一次,在巷道受到工作面采动影响期间,工作面距巷道200―100m范围内每周观测2―3次,100m范围内每天观测1次,每次观测除了记录上述内容外,还要记录观测时间、最新测站与掘进面的距离。
4、如顶板离层量达到50mm时,采取补打加密锚索、打一梁三柱托棚或者点柱进行加强支护。
结束语:121302工作面风巷沿空掘巷解决了生产接替紧张问题,经济效益明显。但121302工作面风巷在121301工作面采空区的影响下,巷道顶底板及两帮位移量较大,变形速度较快,底鼓明显。121302工作面在安装前和回采期间的巷道维修量非常大,修护周期长,将投入较多的人力、物力,给现场管理和安全生产带来非常不利的因素。采动影响对巷道支护的影响是非常大的,在选择巷道支护参数时应慎重、充分考虑。
作者单位:国投新集能源股份有限公司刘庄煤矿
作者简介:项可飞(1984― ),男,安徽当涂县人,2006年毕业于安徽理工大学,国投新集能源股份有限公司刘庄煤矿,采矿助理工程师。
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