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煤巷过大型褶曲构造技术研究及应用
2019-05-17
针对大阳泉公司 8120回风顺槽掘进过程中遇到的大型褶曲构造,提出超前物探 +注 浆加固 +高预应力锚杆锚索联合支护的技术方案。实践表明:该方案能够确保巷道安全通过褶曲 构造,在缩短工时的同时提高煤炭采出率,创造了巨大的经济效益与社会效益,可供类似矿山借鉴。
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 煤巷过大型褶曲构造技术研究及应用 肖ꢀ 强 阳煤集团大阳泉煤业有限责任公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 针对大阳泉公司 8120 回风顺槽掘进过程中遇到的大型褶曲构造,提出超前物探+注 浆加固+高预应力锚杆锚索联合支护的技术方案。 实践表明:该方案能够确保巷道安全通过褶曲 构造,在缩短工时的同时提高煤炭采出率,创造了巨大的经济效益与社会效益,可供类似矿山借鉴。 关键词ꢀ 褶曲构造ꢀ 注浆加固ꢀ 高预应力ꢀ 锚杆支护 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 054 Study and Implementation of Passing Through Folding Structure in Coal Roadway Xiao Qiang ( Dayangquan Coal Mining Co. ,Ltd. ,Yangquan Coal Industry Group) Abstractꢀ In view of the largeꢁscale fold structure encountered during the 8120 return airway exca- vation process of Dayangquan Coal Mining Company,the technical scheme of advance geophysical explo- ration+grouting reinforcement+high prestressed anchor bolt and cable joint support is proposed. The prac- tice results show that the scheme can guarantee the safety of the roadway during the process of passing through the fold structure,shorten the working hours and increases the coal recovery rate and create huge economic and social benefits. Keywordsꢀ Folding structure,Grouting reinforcement,High prestress,Bolt supporting ꢀ ꢀ 阳泉市大阳泉煤炭有限责任公司主采煤层为 岩稳定性。 为此,本研究提出了超前物探+注浆加 固+高预应力锚杆锚索联合支护的技术方案。 # 1 5 煤层。 该煤层平均厚度为 6. 0 m,结构复杂,自 下而上有 3 层夹石,总厚 0. 2 ~ 0. 8 m;煤质较好,节 理发育。 煤层直接顶为深灰色碳质泥岩,厚度为 6 1 1. 1ꢀ 超前物探 ꢀ 工程实践 ~ 9 m,呈块状构造,直接顶与煤层之间有一层 0. 2 8120 回风顺槽掘进初始,对该掘进面进行了专 # m 厚的伪顶。 15 煤层底板为灰白色细砂岩,厚度为 项地质预测预报。 根据相邻 8118 运输顺槽掘进过 程中的地质构造情况,首先将原始测点资料收集整 理,从而将 8118 运输顺槽测点及 8122 尾巷测点所 围成的整个 8120 工作面的煤层底板等高线进行预 测,利用南方 Cass 软件,生成 8120 工作面预测煤层 底板等高线图,并进一步绘制出 8120 回风顺槽的预 测剖面图。 同时进行井下顶板钻孔窥视,从窥视结 果来看,8120 回风顺槽顶煤厚度达到 2. 0 m,2. 0 ~ 3 . 5 m,较为坚硬。 本研究对象为 8120 工作面,该工 # 作面位于大阳泉公司井田 15 采区南翼,为孤岛工 作面,东侧为 8118 工作面采空区,西侧为 8122 工作 面采空区,南部为南庄矿界,北部为采区下山巷道。 8 8 120 工作面回风顺槽沿煤层底板掘进,其东侧为原 118 运输顺槽。 根据地质资料,预计在 8120 回风 顺槽掘进时将遇一倾角为 33°的大型褶曲,褶曲构 造范围预计为巷道开口 330 m 处延深约 100 m,增 加了 8120 回风顺槽掘进支护的施工难度,原有的支 护方式无法有效控制该段巷道过褶曲构造期间的围 7 . 7 m 为泥岩顶板,结构完整,节理和裂隙不发育, 但是由于泥岩顶板强度偏低,钻孔成螺旋状,因此可 [ 1-3] 。 采用掘进机破顶方式进行掘进施工 本研究制定的 8120 回风顺槽过褶曲构造掘进 ꢀ ꢀ 肖ꢀ 强(1990—),男,助理工程师,045000 山西省阳泉市郊区义 施工方案的总体思路为提前上坡,从褶曲构造影响 井镇。 # 段底部沿不大于 15°的上坡掘进,破层进入 15 煤层 1 83 总第 600 期 现代矿业 2019 年 4 月第 4 期 上部岩层,最终跨越褶曲,在褶曲上部重新进入煤层 沿底板掘进。 具体步骤为:①8120 回风顺槽掘进至 原预测预报褶曲变坡前 50 m 范围时,采用瞬变电磁 仪法对该褶曲构造进行探测,并提交探测成果;② 锚索直径为 21. 8 mm,每排布置 6 根,其中 4 根为 8. 2 m 长锚索,2 根为 6. 2 m 短锚索,间距为 800 mm,排距为 900 mm,距帮为 150 mm,组合构件采用 W 钢带与异型锚索托板。 每 2 排锚索中打设 3 根 补强锚索,长度为 10. 2 m,间距为 1 600 mm,距两帮 600 mm,搭配单体锚索托板。 顶板锚索锚固方式均 为树脂加长锚固,采用 1 支双速树脂锚固剂,规格为 MSCK2360+Z2360。 钻头直径为 30 mm,锚固长度为 1 525 mm。 锚索全部垂直顶板布置,预紧力为 300 kN。 8 120 回风顺槽掘进至距巷道开口 333. 1 m 位置,采 用破顶、破底方式,以 14°仰角爬坡;③经预测,爬坡 掘进期间需要经过 37. 4 m 的半煤岩巷,以及 40. 4 m 的全岩巷道,以 14°仰角施工至 110. 8 m 时,需要 进行破底掘进,累计破底掘进 14. 8 m,最大破底量 为 1. 4 m,平均破底厚度为 0. 77 m;④ 爬坡掘进 # (2)巷帮支护。 巷帮采用 500 左旋无纵筋螺纹 1 25. 5 m 后,可实现沿煤层底板掘进,此时岩性探测 结果表明底板为泥岩,厚度为 1. 5 m。 2 个角度相交 形成的台阶可直接使用掘进机割底至平缓,或采用 放炮闷底。 需注意的是,在掘进期间应进行钻探验 证,并根据钻探结果,随时调整方案。 钢锚杆,间距为 900 mm,排距为 900 mm,顶部锚杆 距顶板 500 mm。 锚杆直径为 20 mm,长度为 2. 4 m, 树脂加长锚固,锚固剂规格为 MSZ2360,钻孔直径 28 mm,锚固长度为 826 mm。 锚杆全部垂直于巷帮 布置,预紧力为 400 N·m。 煤柱帮每 2 排锚杆中打 设 2 根补强锚索,锚索直径为 17. 8 mm,长度为 6. 2 m,间距为 900 mm,距顶板 945 mm。 1 . 2ꢀ 注浆加固 本研究巷道注浆断面如图 1 所示。 2 ꢀ 应用效果 2 . 1ꢀ 矿压监测 8120 回风顺槽过褶曲构造期间布置了 1 组综 合矿压监测测站,监测结果如图 3、图 4 所示。 由图 3、图 4 可知:随着与掘进迎头距离的增 加,巷道表面变形逐渐增大,远离掘进迎头 60 m 后, 巷道表面变形逐渐趋于稳定,该过程中顶板下沉 25 mm,两帮收缩 28 mm,总体上变形很小;锚杆初始预 紧力为 70 ~ 75 kN,锚索初始张拉力为 240 ~ 257 kN,在距掘进迎头 45 m 范围内,锚杆及锚索受力普 遍呈增大趋势,在 45 m 后逐渐趋于稳定,总体上受 力变化较小。 可见,本研究设计的技术方案能够充 分发挥高预应力锚杆及锚索的主动支护作用,有效 控制巷道位移。 图 1ꢀ 注浆断面示意(单位:mm) ꢀ ꢀ 注浆孔沿巷道断面成排布置,顶板每排布置 3 个孔,孔径 56 mm,间距 1 500 mm,排距 1 100 mm, 中间孔位于巷道中心轴线上,孔深 5 m,两侧孔距巷 帮均为 450 mm,且与竖直方向成 10°夹角,靠近煤柱 侧(巷道左侧) 孔深为 5 m,靠近实体煤侧(巷道右 侧)孔深为 3 m。 煤柱帮成排布置 2 个注浆孔,孔径 2 . 2ꢀ 经济效益及社会效益 1)掘进经济效益。 8120 回风顺槽过大型褶曲 ( 地质构造技术方案的应用,创造了大阳泉公司过大 型构造的掘进日单进纪录,并且在过构造期间,全部 实现了机械化掘进。 掘进期间的支护变更及注浆加 固措施保证了地质构造影响段的顶板安全管理。 相 比较以往的炮掘方式掘进,缩短掘进工期 16 d,节约 材料及人工成本约 50 万元。 4 2 mm,孔深均为 3 m,间距 2 000 mm,排距 1. 3 m, [4-5] 顶部注浆孔距顶板 500 mm 。 注浆方式为埋孔口注浆管,孔内下射浆管,全长 一次注浆施工。 注浆材料为聚氨酯化学浆液,分为 A、B 料,将 2 种化学原料进行 1 ∶1 等量配比。 孔口 注浆压力为 2 ~ 4 MPa,有效扩散半径不小于 1. 5 m, 根据注浆时顶板及巷帮漏浆情况可适当调整。 ( 2)回采经济效益。 8118 工作面由于受该大型 褶曲构造影响,回采 439 m 后,被迫停止回采,剩余 89 m 工作面长度未能一次性采出。 而 8120 回风 1 . 3ꢀ 高预应力锚杆锚索联合支护 本研究巷道支护结构如图 2 所示。 4 顺槽过大型褶曲构造技术应用后,8120 工作面可实 现一次性采出全部工作面,避免了工作面二次搬家, [ 6] 。 ( 1)顶板支护。 顶板采用全锚索支护方案 1 84 ꢀ ꢀ 肖ꢀ 强:煤巷过大型褶曲构造技术研究及应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 图 2ꢀ 巷道支护示意(单位:mm) 造影响提供了有效参考。 3 ꢀ 结ꢀ 语 针对大阳泉公司 8120 回风顺槽的掘进难点,设 计了超前物探+注浆加固+高预应力锚杆锚索联合 支护的技术方案,有效确保了该回风顺槽顺利通过 大型褶曲构造。 矿压监测表明该技术方案合理可 行,经济效益和社会效益均较显著,对于类似矿山巷 道掘进有一定的参考价值。 图 3ꢀ 巷道表面变形 ● ◆ ▲ —顶沉; —工作面帮; —煤柱帮 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ [ [ [ 1]ꢀ 陈意飞. 8403 综放工作面过褶曲构造开采实践[J]. 煤,2014, 3(11):72-73. 2 2]ꢀ 汪占领,康红普,林ꢀ 健. 褶皱区构造应力对巷道支护影响研 究[J]. 煤炭科学技术,2011(5):25-28. 3]ꢀ 孙晓军. 褶曲状煤层巷道掘进应力分布规律及卸压技术[J]. 煤矿安全,2016,47(7):166-169. 图 4ꢀ 锚杆及锚索受力 ● —顶锚索 1; ◆ ▲ —顶锚索 2; —顶长锚索; 4]ꢀ 张志宏. 阳泉矿区综放工作面过褶曲构造技术[J]. 煤炭科学 技术,2007(3):16-19. + —左帮锚杆 1; × ■ —左帮锚杆 2; —右帮锚杆 3 共减少煤柱损失 105 906 t,增加收入 5 295 万元。 3)社会效益。 通过 8120 回风顺槽过褶曲构 [5]ꢀ 康红普,冯志强. 煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋 势[J]. 煤矿开采,2013,18(3):1-7. ( [ 6]ꢀ 康红普. 煤矿预应力锚杆支护技术的发展与应用[J]. 煤矿开 采,2011,16(3):25-30. 造技术的应用,保证了 8120 工作面可以正常全部采 出,延长了矿井服务年限,为大阳泉公司剩余 8135、 ( 收稿日期 2018-10-24ꢀ 责任编辑ꢀ 王小兵) 8 133、8128 工作面以及阳煤集团面临的复杂地质构 1 85
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