【摘要】針對急傾斜特厚易燃煤層多分段綜放開采采動影響大，巷道容易變形，木棚、工字鋼梯形支架配合普通圓鋼錨桿支護不能滿足高壓力松軟破碎煤層巷道和開切眼支護要求的具體情況，研究應用高輕度錨桿、錨索在不同巷道的支護技術，解決了巷道及大斷面開切眼的支護問題，取得了良好的經(jīng)濟效益。著重介紹了高強度的錨桿、錨索支架在工作面回風巷道的頂板支護、巷幫支護，開切眼第一次開掘斷面支護、第二次開掘斷面支護的主要技術參數(shù)和材料以及試驗應用情況。詳細說明了頂板支護、兩幫支護、錨索安裝的具體過程。最后將錨桿支護與原有棚式支護及混合支護綜合費用進行了對比。提出了采用該技術增大了巷道和開切眼支護強度，減少了巷道變形量，可防止巷道片幫冒頂，消除了煤巷自然發(fā)火，降低了綜合費用。該技術施工工藝簡單、掘進功效高、勞動強度降低，有利于提高綜放工作面單產(chǎn)水平，促進礦井安全高效生產(chǎn)，可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的推廣應用前景。
概況
隨著煤炭技術的發(fā)展，錨桿支護已成為當今世界煤炭開采技術的發(fā)展趨勢。1996-1997年引進澳大利亞錨桿支護技術，在扎賚諾爾礦務局進行了現(xiàn)場演示，基本上解決了一般條件下巷道支護問題，但復合頂板、松軟破碎煤層巷道錨桿支護技術在國內外的研究成果和應用實例還很少，尚處于研究階段。扎賚諾爾煤業(yè)有限責任公司鐵北煤礦2001-2002年與湖北新南方技術股份有限公司開采所共同研究綜采放頂煤開采條件下高壓力松軟破碎煤層巷道錨桿支護技術取得了顯著成效，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益，并在扎賚諾爾煤業(yè)有限責任公司所有礦井中推廣應用。
鐵北煤礦是一座年產(chǎn)300萬t全國特級高產(chǎn)高效礦井，2010年生產(chǎn)原煤220萬t。鐵北煤礦開采平均厚度51.51m、傾角45°的急傾斜特厚易燃煤層，普氏系數(shù)f=1-3，埋藏深度465~514m，頂板巖性為炭質泥巖和粉砂巖，賦存不穩(wěn)定，直接頂為砂巖或粉砂巖，老頂為粉砂巖及細砂巖；底板為泥質膠結中的中、粗砂巖，常具有似鮞狀結構。采用水平分段綜采放頂煤開采，開切眼和工作面巷道易底鼓、易片幫、易冒頂，支護難度大。
1.巷道、開切眼支護及變形原因分析
1.1支護形式及支護狀況
礦井采用水平分段綜采放頂煤開采，分段高度13m，工作面巷道均為梯形斷面的全煤巷道，運輸巷上寬2.8m，下寬3.8m，高2.5m，凈斷面積8.25m2，回風巷上寬2.4m，下寬3.4m，高2.5m，凈斷面積7.25m2，開切眼上寬2.4m，下寬3.4m，高2.5m，凈斷面積7.25m2，長度245-249m，煤層上部為采空區(qū)。采用木棚和11#工字鋼梯形支架配合圓鋼普通錨桿支護，易片幫冒頂，維護量大，維護費用高，巷道發(fā)火頻繁，頂?shù)装遄畲笠平?200mm，兩幫最大移近量980mm；開切眼斷面積小，綜采設備安裝困難?；夭善陂g工作面兩出口片幫嚴重，巷道起底高度達1.5m以上，嚴重影響礦井生產(chǎn)安全。
1.2巷道變形原因分析
⑴礦井開采深度大，礦山壓力大。
?、颇九锖?ldquo;工”字鋼支架配合普通圓鋼錨桿支護強度小，支架與錨桿不同時受力，錨桿初錨力大，木架初撐力小，錨桿受力損壞，木棚受力增大，各個擊破，不能有效的支護巷道。
?、蔷镒呦蜷L度小，2個分段同時采掘生產(chǎn)，采動影響大。
?、让簩铀绍浧扑椋瑐雾?、偽底泥巖多，遇水膨脹，易底鼓，圍巖支撐力小。
2.井下試驗情況
高輕度錨桿支護技術研究試驗分為巷道和開切眼支護試驗兩部分，一部分在408、409工作面回風巷道試驗，另一部分在501、502綜采工作面開切眼支護試驗。累計試驗支護工作面巷道1258m，兩個寬度6.2m、高2.5m、凈斷面積15.5m2，共計長度292m的大斷面開切眼，試驗總長度1350m；頂、底板最大移近量52mm，兩幫最大移近量68mm，斷面收斂僅為8.9%?，F(xiàn)已支護掘進巷道30000m，支護安裝了8個大斷面開切眼，均未出現(xiàn)支護問題。
3.錨桿支護主要參數(shù)及材料
3.1工作面回風巷道
3.1.1頂板支護
采用長度2200mm、直徑20mm的左旋無縱筋高強度螺紋鋼支護，桿尾螺紋M22，采用一支K2335、一支Z2360樹脂錨固劑加長錨固，錨固長度950mm，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排距750mm，間距750mm，靠近煤壁一側的錨桿安裝角度與垂線成30°，靠近頂板一側的錨桿安裝角度與垂線成45°，其他錨桿垂直頂板布置，并配套220-3-2400-4-750型W鋼帶和12號鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長度2400mm，4個孔眼，孔間距750mm。錨桿托板采用120（120拱形高強度托盤，長度7m、直徑15.24mm、1×7股高強度低松弛預應力鋼絞線錨索補強支護，一支K2335、兩支Z2360錨固劑錨固，錨固長度1500mm，鉆孔直徑28mm，每隔兩排打一根錨索，安裝在頂板中部，錨索間距1500mm。
3.1.2巷幫支護
采用長度2200mm、直徑20mm的左旋無縱筋高輕度螺紋鋼支護，一支Z2360錨固劑錨固，錨固長度600mm，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排距750mm，間距750mm，上、下兩幫角錨桿與水平線呈10°安裝，其他錨桿垂直煤幫；12號鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)和采用直徑14mm、寬度100mm、長度2400mm的SB-14-100-2400-4型鋼筋托梁護幫，托梁長度2400mm，寬度100mm，4個錨桿眼孔，布置錨桿排、間距為7500mm。
3.2開切眼
開切眼斷面較大，采用分段面兩次掘進法。先掘進3.4m×2.5m的斷面，再掘進2.8×2.5m的斷面，兩次掘進形成寬度6.2m、高度2.5m的大斷面開切眼。
3.2.1第一次開掘斷面支護
頂板支護：采用長度2200mm、直徑22mm的高強度螺紋鋼錨桿支護，一支K2335、一支Z2360樹脂錨固劑錨固，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排、間距750mm，靠煤幫的錨桿與垂線成30°安裝，其他錨桿垂直頂板布置，配套220-3-3200-5-750型W鋼帶和3200mm×850mm菱形金屬網(wǎng)護頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長度3200mm，5個孔眼，孔間距750mm。每2排錨桿打1根錨索，錨索排距1.5m。錨桿托板、錨索型號及錨固方法與巷道的相同。巷幫支護：待擴巷幫（采煤機側巷幫）采用直徑18mm、長度1800mm的可切割玻璃鋼錨桿支護，其他支護與巷道巷幫支護相同。
3.2.2第二次開掘斷面支護
頂板支護：采用長度2200mm、直徑22mm高強度錨桿支護，一支K2335、一支Z2360樹脂錨固劑錨固，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排、間距750mm，靠煤幫的錨桿與垂線成30°安裝，其他錨桿垂直頂板布置；配套220-3-2450-4-750型W鋼帶和12號鐵絲編織的2800mm×850mm菱形金屬網(wǎng)護頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長度3200mm，4個孔眼，孔間距750mm，每排安裝4根錨桿、1根錨索，錨索交錯布置，1根安裝在頂板靠近煤幫一側，另一根安裝在頂板中部，兩排錨索水平間距1600mm。巷幫錨桿托板采用木托板配合拱形高強度托板，木托板規(guī)格為300mm×200mm×50mm；其他與第一次掘進支護相同，巷幫支護同每一次掘進的待擴幫支護相同。
4.施工工藝
頂板支護：掘進割煤→打掉危巖、出煤→鋪金屬網(wǎng)→托上鋼筋托梁→臨時支護→鉆頂板中部錨桿孔→清孔→安裝樹脂藥卷和錨桿→用錨桿機攪拌樹脂藥卷至規(guī)定時間→停止攪拌并等待1min→安裝其他頂板錨桿。
兩幫支護：高強度錨桿支護的一側為鉆孔→清孔→鋪金屬網(wǎng)→安裝鋼筋托梁→安裝樹脂藥卷和錨桿→攪拌樹脂藥卷→等待1min→擰緊螺母→安裝其他幫錨桿。玻璃鋼錨桿支護的一側為鉆孔→清孔→安裝樹脂藥卷和錨桿→攪拌樹脂藥卷→等待1min左右→擰緊螺母→安裝替他幫錨桿。
錨索安裝：鉆孔→清孔→暗轉樹脂藥卷和錨索→攪拌樹脂藥卷→等待1min→裝托板和錨具→張拉錨索→切割多余部分。
5.錨桿支護與原有棚式支護及混合支護綜合費用比較
5.1工作面巷道費用比較
從支護材料、工人工資、巷道維修費用、巷道防滅火費用、支護材料的運輸及回收費用等5個方面綜合比較如下表一所示，高強度錨桿支護巷道綜合費用為1321.2元/m，木棚配合普通錨桿錨網(wǎng)密集支護巷道綜合費用為1659元/m，工字鋼梯形支架配合配合普通錨桿錨網(wǎng)支護巷道綜合費用為1787.7元/m，高強度錨桿支護巷道綜合費用分別比木棚、工字鋼支架低337.8元和466.5元。年掘進煤巷12000m，可節(jié)余支護費用500多萬元。
5.2開切眼支護綜合比較
從支護材料費、綜采設備安裝費、安裝工期等幾個方面進行比較。高強度錨桿支護材料費11.67萬元，施工及安裝費9.12萬元，采用木棚配合普通錨桿聯(lián)合支護材料費7.05萬元，施工及安裝費8.9萬元。采用高強度錨桿支護比木棚支護的支護材料費和施工及安裝費用多4.84萬元，但可提前4天投產(chǎn)，多產(chǎn)煤1.6萬t，實現(xiàn)利潤28.8萬元，凈增收入23.96萬元。每年安裝4個綜采工作面可增收節(jié)支95.84萬元。
6.總結
采用高強度錨桿配合菱形金屬網(wǎng)、W鋼帶、樹脂加長錨固支護高壓力松軟破碎煤層巷道和大斷面開切眼，小直徑預應力錨索補強支護，增大了巷道和開切眼支護強度，減少了巷道變形量，可防止巷道片幫冒頂，消除了煤巷自然發(fā)火，降低了綜合費用，每年可創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益430-650萬元。該技術施工工藝簡單、掘進功效高、勞動強度降低，有利于提高綜放工作面單產(chǎn)水平，促進礦井安全高效生產(chǎn)，可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的推廣應用前景。
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