摘要:当今,由于煤矿的特殊环境,随着煤矿服务年限的延长,开采深越来越大,地质条件复杂多变,巷道围岩压力增大,支护越来越困难,为了摆脱传统U架棚支护工艺的束缚,小煤柱松软煤体采用沿空掘巷锚网索支护,提高巷道支护强度单进水平及煤炭回收率等方面具有显著优势。
1 工程概况
鹤煤九矿核定年生产能力60万t,现采掘活动地区为三水平二采区,3204综采工作面煤层底板标高-515m - 590m之间,煤层距地面垂深670m-760m,该工作面两侧 已回采结束,为孤岛工作面,上、下两巷煤柱留设均为3m。煤层厚度4.6-7.6m,煤层倾角4-6°,煤层硬度f=0.5,煤层节理不发育。煤层直接顶厚度7.36m;老顶厚度28.75m。煤层顶底板较平整,只有局部底板凹凸不平,顶板较为完整,裂隙不太发育,煤层顶底板类型属Ⅱ类。
2 全煤锚网支护技术参数确定
全煤锚网支护技术的实施与高校合作对现场地质条件勘探、窥视分析,并根据三径匹配原理及围岩支护强度要求,通过理论计算确定以下具体支护参数。
(1)巷道设计净宽5440mm,净高3200mm,掘进断面17.4m2。顺槽顶、帮锚杆选用Ф22×2400mm高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆(顶8帮5),间排距700×700mm;顶锚索选用Ф22×8300mm锚索,帮锚索选用Ф22×5300mm锚索(顶3帮1),间排距1400×1400mm。设计锚杆锚固力为127kN,顶部锚杆扭矩不小于200N·m,帮部锚杆扭矩不小于150N· m;设计锚索初始预紧力260kN,预紧力损失后不小于200kN。
(2)U型钢可缩点柱加强支护:在变形量较大的地段,沿巷道中线位置,布置U型钢可缩性单体支柱对顶板进行强化支护,每排1根,排距1400mm。
3 全煤锚网支护具体实施情况
3.1 施工工艺
为提高循环进度,掘进采用深孔爆破。每次爆破后,采用台阶法施工使用挖掘式装载机出煤、人工扩刷出巷道上半部轮廓位置,按设计要求顶部铺网、上W钢带、打顶部锚杆,最后打顶部锚索。然后对帮部铺网、上W钢带、打两帮上半部锚杆及下半部锚杆,两帮下半部锚杆滞后掘进头4排,每班施工按以上循环进行,保证迎头台阶高度在2m左右,为防止一次扩刷出全高后两帮煤墙片帮、流煤不易控制的问题,对巷道上半部及时打锚杆支护,控制好后再扩刷下半部,保证其两帮煤墙的完整性。
3.2 实施过程中针对问题采取的措施
(1)优化缩短帮部W钢带
施工帮部现场操作时,一次扩刷全高后不便于施工两帮上部锚杆,且帮部煤体容易片帮、流煤难以控制。为此,对帮部钢带(3.1m)进行二次优化,使用短钢带(1.8m)进行搭接。采用台阶施工法先对其上半部扩刷完成的帮部打锚杆上钢带,下部滞后迎头4排距离,以此循环推进施工。
(2)优化更新护表网
最初设计的里层网为塑带编织网,支护煤墙的整体性较差,施工中由于网的塑性问题,容易因拉伸造成网孔变大或与煤墙贴合度不够,难以很好的保护煤墙的完整性。更换为黑色硬质树脂网进行了实施,经现场使用黑色硬质树脂网能够更好的与煤墙面紧密贴合。
(3)注水打穿杆维护松软煤体
现场煤体松软很难控制,成型极差。经现场反复的试验,通过实施煤壁注水、调整注水孔控制半径2m及注水孔的长度4-6m为宜,使注水孔能够更好的湿润两帮煤墙。而后采用台阶法施工,对巷道上半部及时打锚杆支护,控制好后再扩刷下半部,保证煤墙的完整性。
3.3 实施过程中支护注意事项
(1)短掘短支,即掘即支。从施工开始就要尽可能减少煤巷帮、顶裸露时间,在应力重新分布前,及时对巷道周边进行支护,从而保证支护效果。
(2)煤壁注水,固化煤体。煤质破碎、煤墙片帮不易支护,通过摸索和不断调整注水参数,采取在迎头至少打3个注水孔,圆班不间断注水,注水压力不低于4MPa,提高注水效果。
(3)内控质量,严格验收。煤巷锚网支护的设计、施工及质量监管,采取“区队自控责任到人、科室抽检严格考核”的方式保证锚网支护质量和效果。
(4)矿压监测,定期分析。巷道内设矿压观测点和巷道表面位移观测点,测量巷道的顶板下沉量以及两帮移近量,巷道中每隔50米安设顶板离层仪及巷道表面位移观测点,安排专人每旬进行观测、记录,每月对观测的原始数据进行分析,根据分析结果及时采取补强措施。
3.4 实施过程中的支护参数优化
(1)重视U型棚变锚网支护交接过渡段支护
U型棚与锚网支护过渡段提前在锚网前20mU型棚巷道内打设锚索梁加固顶板,每棚在顶部和两个肩窝处打3根锚索梁进行加固,要随架随打。
(2)特殊地段联合支护。
过断层、过老巷、过夹矸增厚区等特殊地段采用锚网索与架棚联合支护,保证特殊地段的支护强度。
(3)完善、修改支护设计,保证支护强度。
结合现状以及孤岛工作面的特殊性,巷道受压移近量变化较大。施工时,为了提高顶板支护强度,顶部锚索由原设计“3-0-3”修改为“4-3-4”布置,间距1.4m,排距0.7m布置。巷道后路间隔20m在中线位置采用ZCZ2X1400/28/34型恒阻液压支架强化支护,减少巷道移近量,保证支护强度。
4 结语
(1)巷道支撑强度大,减少巷道复修和材料的投入。
(2)回采期间上、下两巷无需替棚,减轻了工人劳动强度,提高了人员工效和单产水平。
(3)提高煤巷单进水平,缓解工作面接替紧张局面,保证矿井可持续发展。
参考文献:
【1】展勤建;陈宾;郝光生;;厚层复合顶板孤岛工作面小煤柱沿空掘巷围岩控制技术[J];矿业安全与环保;2015年02期
【2】彭林军;张东峰;郭志飚;段庆伟;;特厚煤层小煤柱沿空掘巷数值分析及应用[J];岩土力学;2013年12期
【3】关亚东;熊浩;;小煤柱沿空掘巷联合支护技术研究与应用[J];煤炭工程;2013年05期