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三河口矿综掘巷道支护技术实践
2019-05-17
三河口矿 3下 2326材料巷在掘进过程中受 3上 2326工作面采空区和 F124支断层的 影响,矿山压力显现明显,顶板破碎严重,为解决 3下 2326材料巷掘进期间的顶板隐患,保证巷道围 岩的稳定性,根据 3下 2326工作面实际布置情况,在工作面顶板破碎严重的区域采用临时支护结合 永久支护进行巷道围岩管理,并提出安全技术措施。现场监测表明,材料巷通过支护后,巷道顶板 累计下沉量与巷帮围岩的内收敛量分别为 17.5和 6.2mm,位移变化均稳定在一定范围内,巷道顶 板破碎情况得到有效控制,保证了掘进过程中巷道围岩的稳定性,实现了工作面的安全生产
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 三河口矿综掘巷道支护技术实践 孙清祥 三河口矿业公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 三河口矿 3下 2326 材料巷在掘进过程中受 3上 2326 工作面采空区和 F12-4 支断层的 影响,矿山压力显现明显,顶板破碎严重,为解决 3下 2326 材料巷掘进期间的顶板隐患,保证巷道围 岩的稳定性,根据 3下 2326 工作面实际布置情况,在工作面顶板破碎严重的区域采用临时支护结合 永久支护进行巷道围岩管理,并提出安全技术措施。 现场监测表明,材料巷通过支护后,巷道顶板 累计下沉量与巷帮围岩的内收敛量分别为 17. 5 和 6. 2 mm,位移变化均稳定在一定范围内,巷道顶 板破碎情况得到有效控制,保证了掘进过程中巷道围岩的稳定性,实现了工作面的安全生产。 关键词ꢀ 综掘巷道ꢀ 临时支护ꢀ 永久支护ꢀ 技术措施 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 057 ꢀ ꢀ 我国矿井的地质条件复杂多变,随着浅部煤层 位角 22°43′掘进施工 313. 34 m 至 G 点。 按照方位 108°掘进 78. 97 m 至 H 点,以方位角 18°0′掘进 273. 16 m 至 I 点,以方位角 343°32′掘进 15. 78 m 至 J 点,以方位角 25°25′掘进 152. 86 m 至 K 点,以方 位角 17°9′掘进 208. 14 m 至 L 点。 L 点即 3下 2326 材料巷的终点。 巷道施工过程中,在巷道右帮设置 安全硐,每隔 40 m 一个,净尺寸为 3. 0 m×3. 2 m×2. 的日趋枯竭,矿井逐渐向下延伸,地应力高、巷道变 形大、支护复杂成为目前巷道维护的最主要问题。 随着开采深度的逐渐增加,在煤矿巷道掘进过程中, 将近 80% ~ 90% 巷道受到掘进施工影响,具体表现 为巷道内支撑压力逐渐升高、顶板破碎严重、巷帮移 近量变大、底板鼓起等,巷道变形制约着煤矿安全生 产,威胁着施工人员的生命安全,因此,针对不同巷 道围岩的变形情况,提出合理的支护手段,是煤矿安 全生产不可或缺的环节。 0 m(宽×高×深)。 3 ꢀ 支护方案设计 3 . 1ꢀ 临时支护 1 ꢀ 工作面概况 (1)在开门或硐室无法使用前探梁时,将超前 三河口矿 3下 2326 材料巷地处矿区工业广场西 锚杆以与岩层 45°的夹角打入掘进前方岩层内,形 成对前方围岩体的预锚固(预支护),为巷道开门与 硐室支护创造条件。 南 3. 1 ~ 3. 5 km 处,地面标高为+32 ~ +34 m,工作 面标高为ꢁ495 ~ ꢁ447. 2 m,巷道长 1 041 m,东部为 3下 2326 待 掘 工 作 面, 西 部 和 北 部 为 补 五 断 层 (2)采用机载前探梁与掘进交叉作业,在掘进 机完成截割作业后,后退一个循环距离,使截割部落 地,启动支护装置,使护顶梁紧贴顶板,并主动支护 顶板,掘进机停电闭锁,支护工在护顶梁的支护区内 钻孔,实施锚固作业。 出现顶板条件差或钢筋梯两 端下垂严重时,使用木板梁配合机载支护作为临时 支护。 ( ( ∠45° , H = 0 ~ 25 m), 南 部 为 F12-4 支 断 层 ∠70°,H = 5 m),3下 2326 材料巷区域地层为单一 倾斜构造,倾向 NW20°,倾角为 5°。 本工作面地质 构造简单。 根据 3上 煤层及相邻已掘巷道实际揭露 情况 及 图 纸 资 料, 预 计 将 揭 露 1 条 断 层, 落 差 为 5 m。 揭露位置为开门后 122 m。 根据相邻工作 面 3下 2313 揭露实际情况,工作面顶板不存在伪顶, 直接顶为粉砂岩,平均厚 7. 5 m,具裂隙;直接底为 泥岩,平均厚 2. 15 m,结构完整。 3 . 2ꢀ 永久支护 永久支护的具体规格参数如下: 1) 巷道顶板选用为 ϕ20 mm×2 400 mmQ500 ( 2 ꢀ 巷道布置情况 由 3上 2333 轨道巷下口处 F 点北 24 m 处以方 左旋无纵肋高强预应力锚杆,每排打设 5 根锚杆,锚 杆间排距为 900 mm×900 mm,肩窝锚杆的安装角度 为 80°。 每根锚杆用 2 支树脂锚固剂固定,锚杆外 露长度为 10 ~ 50 mm,选用 150 mm×150 mm×8 mm ꢀ ꢀ 孙清祥(1985—),男,工程师,277605 山东省济宁市微山县。 1 92 ꢀ ꢀ 孙清祥:三河口矿综掘巷道支护技术实践ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 [ 1] 球形锚杆托盘 ,锚杆锚固力不小于 30 MPa。 巷道 两帮采用 ϕ20 mm×2 200 mm 等强度螺纹钢锚杆,锚 4. 2ꢀ 锚杆(索)施工工艺 锚杆(索)施工工艺流程:找净顶板危岩悬矸→ 连接风水管路→钻机试运转→标定眼位→打眼→安 装锚杆(索)→紧固锚杆(索)。 [ 2] 杆紧跟迎头 ,锚杆间排距设置与托盘选型均与巷 道顶板支护布置相同,巷帮锚杆外露长度与锚固长 度分别为 10 ~ 100 mm 和 1 000 mm,设定锚杆锚固 力不小于 25 MPa,锚杆预紧力不小于 150 N·m。 4. 2. 1ꢀ 顶部锚杆安装 将 2 支树脂锚固剂送入锚杆眼内,推动锚杆顶 住树脂锚固剂,通过锚杆机的上推力把树脂锚固剂 推入孔中至锚杆托盘离顶板 20 mm 左右的位置,旋 转锚杆对锚固剂进行搅拌,15 ~ 20 s 后上推锚杆使 托盘贴近顶板(托盘离顶板的间隙 5 mm 左右)。 最 后使用锚杆钻机配合扭矩放大器上紧螺帽并打开阻 尼,给锚杆施加一定预紧力,使得锚杆扭矩力不小于 ( 2)锚索采用 ϕ17. 8 mm×5 300 mm 预应力钢 绞线,锚固间排距为 2 700 mm,在遇断层或复杂地 质构 造 时, 若 顶 板 出 现 破 碎, 需 调 整 锚 索 排 距 至 1 800 mm,并增设锚索数量。 每根锚索用 3 支树 脂锚固剂固定,锚索外露长度为 150 ~ 250 mm,锚固 长度为 1 500 mm,设定每根锚索锚固力不小于 60 2 00 N·m。 MPa。 # 3)巷道顶部及巷道两帮采用 8 铁丝编制成的 4 . 2. 2ꢀ 帮部锚杆安装 ( 在将树脂锚固剂送入锚杆眼底内前,预先清理 菱形网,网格规格为 30 mm×30 mm,各网压茬连接, # 锚杆眼孔的岩层、积水,推动锚杆,使其顶住树脂锚 固剂,通过气动手持式钻机将锚杆旋入树脂锚固剂 并搅拌,搅拌旋转时间不小于 35 s,待搅拌完成,挂 网,上托盘,使用风动扳手上紧螺帽,并给锚杆施加 一定预紧力,使得锚杆扭矩力不小于 150 N·m。 搭接长度不小于 100 mm,相邻网格通过 14 铁丝连 [ 3] 。 接,均匀布置各连接点,保证间距不大于 200 mm 4)顶板破碎区域采用 ϕ6 mm 钢筋制作的焊接 ( 网支护,网格规格为 10 mm×10 mm,相邻钢筋网无 须压茬,预留的长爪握成闭合 360°, 实现自身连 [ 4] 4 4 . 3ꢀ 挂网施工工艺 接 。 ( . 3. 1ꢀ 铁丝网 5)锚杆间用钢筋梯连接,钢筋梯拉筋为 ϕ12 挂铁丝网步骤:找净顶板悬矸危岩→挂网→固 mm 钢筋焊制,双股同型号钢筋焊接,拉筋宽度为 00 mm,连接焊接筋距离为 80 mm, 顶板钢筋梯 定铁丝网→连网。 两帮铁丝网支护到底板(网边至 底板的垂直距离不大于 0. 5 m),帮部铁丝网紧跟迎 头。 为保证巷帮的稳定,当网边至底板的垂直距离 不小于 0. 5 m 时,补打一排锚杆。 1 长 3 800 mm,两帮钢筋梯长 2 900 mm,锚杆托盘压 在钢筋梯上。 巷道支护断面图见图 1。 4 . 3. 2ꢀ 钢筋网 挂钢筋网步骤:找净顶板悬矸危岩→调整、前移 机载前探梁→铺钢筋网→调整、前移机载前探梁→ [ 5] 接顶→连网 。 挂钢筋网紧贴岩面,相邻 2 片钢筋 网无须压茬,通过工具将预留的长爪闭合为 360°, 实现自身连接。 5 ꢀ 安全技术措施 ( 1)巷道掘进宽度超过 5 m、三岔门区域 5 m 范 围内和顶板破碎区段须加强支护,打双锚加强支护 时,锚索必须深入稳定岩层 1. 5 m 以上,当因施工组 装硐室或车场巷道高度超过 4. 5 m 时,巷道帮部需 补打锚索强化支护;帮部锚索倾斜布置,与帮部夹角 不小于 60°,距底板 2 m。 图 1ꢀ 巷道支护断面(单位:mm) 4 4 ꢀ 支护施工工艺 . 1ꢀ 临时支护工艺 ( 2)加强巷修工作,锚杆支护的顶板离层量超 过 50 mm 时,应使用 Π 型钢梁+单体液压支柱进行 一梁三柱临时棚支护,Π 型钢长度为 3. 8 m,支柱初 撑力符合规定,棚距为 0. 8 ~ 1 m。 临时支护工序流程:找净顶帮悬矸危岩→操作 机载前探梁→铺顶板铁丝网→调整、前移机载前探 梁→接顶。 ( 3)在顶板破碎、压力大或地质构造破碎带下 作业时,及时缩小锚杆排距为 0. 8 m。 当顶板在高 93 1 总第 600 期 现代矿业 2019 年 4 月第 4 期 低起伏较大等特殊区域无法正常使用前探梁时,采 用 2 根 3. 15 m 单体液压支柱作为临时支护,单体液 压支柱均匀布置在空顶区,上端配合接顶木料支在 顶板上,下端支在实底上。 支护完成后,巷道顶板累计下沉量为 17. 5 mm,在 12 d 后逐渐趋于稳定,巷帮累计向内收敛量为 6. 2 mm,在 8 d 后逐渐趋于稳定,巷道顶板与两帮位移 变化均稳定在一定范围内,巷道围岩变形情况得到 了有效控制。 ( 4)在工作面揭露断层等地质构造时,巷道最 高不得超过 4. 2 m,下工字钢棚时,巷道不得低于 . 0 m。 当断层落差不大于 2. 0 m,需根据断层揭露 情况及时逮顶或刹底。 7ꢀ 结ꢀ 语 针对三河口矿 3下 2326 材料巷掘进过程中顶板 2 破碎严重、工作面推进困难的问题,对顶板支护参数 及施工工艺进行了设计,并提出安全技术措施。 实 践证明,3下 2326 材料巷在采取临时支护和永久支 6 ꢀ 应用效果 在 3下 2326 材料巷支护完成后,分别在煤巷、半 煤岩巷支护中安装顶板离层监测装置,监测站的测 点布置为三点式,即在巷道两帮和顶板的中点处设 置测点,观测两帮和顶板的变形量。 每天观测数据 并记录,通过为期 15 d 的观测,绘制出巷道围岩变 形量变化曲线,见图 2。 护工艺后,巷道顶板累计下沉量为 17. 5 mm,在 12 d 后逐渐趋于稳定,巷帮累计向内收敛量为 6. 2 mm, 在 8 d 后逐渐趋于稳定,巷道顶板及巷帮稳定性大 大提高,有效地保证了工作面的安全生产,为类似地 质条件矿井支护提供了一定的实践指导。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ [ [ [ [ 1]ꢀ 吴永丰. “三软”煤层轨道上山支护技术研究[J]. 能源技术与 管理,2015,40(1):45-46. 2]ꢀ 李海燕,张红军,李术才,等. 新型高预应力锚索及锚注联合支 护技术研究与应用[J]. 煤炭学报,2017,42(3):582-589. 3]ꢀ 高ꢀ 振. 超前锚杆支护技术在破碎岩体巷道施工中的应用 [ J]. 世界有色金属,2018(14):225-226. 4]ꢀ 薛佩峰. 金宏煤业变电所大断面巷道光爆支护技术应用[J]. 西部探矿工程,2014,26(11):133-136,140. 图 2ꢀ 巷道围岩变形量 5]ꢀ 李昌伟,李奇隆,张梦勇. 蒋庄煤矿北大巷延伸巷道断面布置 及支护工艺设计[J]. 技术与市场,2017,24(9):148-149. ◆ ■ —顶板下沉量; —两帮收敛量 ꢀ ꢀ 通过测站数据可以看出,在对3下 2326材料巷 ( 收稿日期 2019-02-08ꢀ 责任编辑ꢀ 何ꢀ 伟) ꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂꢂ 炭,2013(9):89-90. ( 上接第 183 页)浆前淋水处大部分已经停止淋水, [ [ 7]ꢀ 张文山. 井壁隔水墙及水源点周边加固截流施工关键技术 J]. 中州煤炭,2015(2):39-41. 8]ꢀ 乔立瑾,朱家胜. 深埋高应力巷道破碎顶板注浆加固技术研究 J]. 山西煤炭,2014,34(11):29-31. 个别淋水地点的淋水量明显降低;巷道顶板通过注 浆后不再发生变形,少数顶板区域的变形速率明显 小于注浆前,表明巷道顶板注浆起到了良好的加固 防淋水效果,掘进施工速度加快,有利于采掘工作正 常接替。 [ [ [9]ꢀ 于ꢀ 宏,李春元,付振江. 薄基岩破碎顶板脆裂煤体工作面注 浆加固技术[J]. 煤炭科学技术,2013,41(12):23-26. [ [ [ [ [ [ 10]ꢀ 薛华俊. 大断面软弱煤帮巷道注浆体力学特性与控制技术研 究[D]. 北京:中国矿业大学(北京),2016. 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 11]ꢀ 刘ꢀ 杰. 司马矿松软、破碎顶板巷道中空注浆锚索加固技术 研究[D]. 邯郸:河北工程大学,2013. [ [ [ [ [ [ 1]ꢀ 中华人民共和国建设部. GB 1028—2006ꢀ 煤炭工业矿井设计 规范[S]. 北京:煤炭工业出版社,2006. 12]ꢀ 赵海龙. 顶板注浆加固巷道围岩稳定性方案探讨[J]. 能源与 节能,2018(5):97-98. 2]ꢀ 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局. 煤矿安全 规程[M]. 北京:煤炭工业出版社,2011. 13]ꢀ 马艳云. 破碎顶板预注浆加固相关技术[J]. 陕西煤炭,2017, 3]ꢀ 董纪章. 壁后注浆加固技术的应用[J]. 中州煤炭,2015(3): 3 6(6):109-111. 89-90. 14]ꢀ 韩ꢀ 春,徐宁辉,张贵银,等. 破碎顶板岩层超前注浆加固技 术研究与应用[J]. 煤炭技术,2015,34(5):66-68. 15]ꢀ 郭ꢀ 刚,宋炳增. 化学注浆在破碎顶板加固中的应用[ J]. 山 东煤炭科技,2014(2):143-144. 4]ꢀ 钱鸣高,石平五. 矿山压力与岩层控制[M]. 徐州:中国矿业大 学出版社,2003. 5]ꢀ 赵ꢀ 澎,杨雅婷,祁ꢀ 乐,等. 底板抽放巷挡水墙技术应用与实 践[J]. 中州煤炭,2015(3): 65-67. ( 收稿日期 2018-09-04ꢀ 责任编辑ꢀ 王小兵) 6]ꢀ 张文山,王ꢀ 刚. 近含水层工作面防治水施工技术[J]. 中州煤 1 94
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