【摘要】三軟煤層指煤礦開采中遇到的軟的頂板巖層、主采煤層和煤層底板巖層,煤層裂隙發(fā)育構(gòu)造復雜,給掘進巷道及安全生產(chǎn)管理帶來很大難度。本文通過工程實例介紹了三軟煤層支護特點,并探討了三軟煤層巷道錨桿技術的有效應用。
1工程概況
蔚州礦業(yè)公司鄭溝灣礦鄭溝灣井位于河北省蔚縣礦區(qū),井田面積2.6平方公里,煤層厚度為1.6—2.6米,平均厚度2.1米。礦井開拓方式為混合式單水平開拓,采用混合式通風,采煤方法為走向長壁式全部跨落法?,F(xiàn)礦井掘進支護推廣使用錨桿支護。
2三軟煤層巷支護的特點
在“三軟”煤層巷道的錨桿支護中,充分利用錨桿支護對錨固區(qū)內(nèi)巖石的夾持和加筋作用有效的改善圍巖體的力學性能,提高巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦力和巖石的殘余強度,同時利用支護過程中頂板、兩幫、地板的變形相互聯(lián)系、相互影響的作用機理,通過錨桿支護把一定范圍的幫、頂巖石連接形成一種承載和抗變形結(jié)構(gòu),以達到控制巷道底臌,減少巷道圍巖變形的目的。
3錨桿支護選擇
根據(jù)煤層回采工作面的巷道礦壓觀測結(jié)果,受采動影響時,工作面超前支撐壓力影響范圍為40米,壓力值10.33MPa,支撐壓力峰值在工作面前方15米左右,壓力值14.99MPa,側(cè)向支撐壓力值距煤幫3~5米,兩幫煤體擠壓破壞值0.6~0.9米。
4錨固方式的選擇
頂板完整,壓力不大時,采用端錨支護,設計錨固力≥60KN,桿體選用圓鋼或螺紋鋼。如果頂板較完整,壓力較大,采用全長錨固支護。當頂板完整,穩(wěn)定性好,巷道壓力不大時,采用單體錨桿支護;如果頂板較完整,巷道壓力較大時,采用桁架鋼帶錨桿聯(lián)合支護。巷道幫錨桿采用樹脂錨桿支護。
5錨桿支護參數(shù)的選擇
本掘進工作面掘?qū)?.8米,掘高2.5米;煤層偽頂為0.3~1.3米厚灰色頁巖,直接頂為3.0~5.0米灰色細砂巖與粉砂巖互層,故頂錨桿支護主要起懸吊作用,計算側(cè)壓采用自然平衡拱法作為錨桿支護參數(shù)設計的理論模型。
6參數(shù)選定
6.1按普氏計算法計算側(cè)壓
煤頂板普氏系數(shù)f=4.5,8#煤容重γc=14.2kN/m3,單向抗壓強度δc=17.4MPa。壓力破壞角度Bc=arctg(δc/100)=arctg(17.4/100)=9.87°;自然平衡拱高b1=a1/f=0.76m;上部側(cè)壓Pa′=γcb1tg2(45°-Bc/2)=7.63kN/m2,下部側(cè)壓Pa"=γc(b1+H)tg2(45°-Bc/2)=31.74kN/m2,總側(cè)壓Pa=0.5γcH(2b1+H)tg2(45°-Bc/2)=47.25kN/m2;Pa的作用點相對于巷道底板的標高X=(3b1+H)/(2b1+H)=0.96m。
6.2頂錨桿參數(shù)的計算
按懸吊作用計算錨桿長度為錨桿總長度L=L1+Kb1+L3,式中L1為錨桿在巷道中的外露長度取0.1m,K為安全系數(shù)取1.8,b為自然平衡拱高,L3為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度,取0.3m,得L=1.77m。按桿體的抗拉強度等于錨桿設計錨固力的原則確定P拉=Q固=лd2δ拉,得d=。式中Q固為錨桿設計錨固力,Q固=60KN,δ拉為錨桿設計抗拉強度,δA3=240Mpa,d==0.0178m,取d=18mm。錨桿間距要保證其約束強度盡可能均勻分布,考慮圍巖的完整性與作用角,據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,錨桿間距應不大于錨桿長度的一半,在每排邊上的錨桿與巷道兩幫的距離應不大于錨桿支護間距的二分之一,頂板靠巷道兩幫的錨桿一般應向外傾斜一定角度,保持錨桿錨固端伸入煤壁的水平投影長度≥200mm。錨桿間距a≤L/2=1.8/2=0.9m,取0.8m,每排錨桿(間距)根數(shù)2.8÷0.8=3.5取4根
6.3幫錨桿參數(shù)的選擇
幫錨桿長度的確定L幫=C+Z+LO,式中C為兩幫煤體非有效承載區(qū)寬度取0.8m;Z為幫錨桿伸入非有效承載區(qū)之外的額外錨固深度取0.5m;LO為幫錨桿外露長度取0.15m;L幫=0.8+0.5+0.15=1.45m。幫錨桿間距D=NH/(LKPa)=1.0m,式中N為設計錨桿錨固力≥30KN。K為安全系數(shù)取1.2,L為幫錨桿伸入煤壁的長度1.45-0.15=1.3m,Pa為總側(cè)壓Pa=47.25KN/m2。
7煤巷錨桿支護施工技術措施
7.1頂板支護
錨桿支護巷道落煤(巖)后,應及時進行頂板支護。若兩幫煤體穩(wěn)定,幫錨桿施工可適當滯后,滯后距離和最大空幫時間應在作業(yè)規(guī)程、措施中明確規(guī)定。及時支護是錨桿支護工藝技術的關鍵環(huán)節(jié),通常講的是露頭就錨。在循環(huán)進度范圍內(nèi)暴露的頂板都必須先支護好,方可再進行下一道工序的施工,及時加固頂幫,防止出現(xiàn)片幫掉頂,影響錨桿安裝質(zhì)量,減少頂幫松動離層和圍巖變形量;及時支護在生產(chǎn)現(xiàn)場落實難度較大,是現(xiàn)場控制的重點。特別是對于頂板、煤底、底板都松軟的“三軟”煤層,在巷道爆破后,待爆破的煤矸扒運其中的一部分后,具備頂板支護條件,就要進行支護。
7.2錨桿孔施工
頂板錨桿孔應由外向掘進工作面逐排順序施工,每排錨桿孔宜由中間向兩幫順序施工,可以對巷道中部變化較快的部位及時得到支護,同時避免由于鋼帶錨桿孔位置的積累誤差導致錨桿安裝的失敗。現(xiàn)場應杜絕采用一次性將所有鉆孔打好,再一次性安裝錨桿的方法施工。錨桿孔實際鉆孔角度相對設計角度的偏差應不大于5°。錨桿孔的間排距誤差應不超過100mm,錨桿孔深度誤差應在0mm~30mm范圍內(nèi)。
8結(jié)語
通過對“三軟”煤層巷道支護的不斷探索,采用相應的錨桿支護方法來滿足復雜地質(zhì)條件的支護要求,從而實現(xiàn)改善礦井作業(yè)環(huán)境,為煤炭安全生產(chǎn)打下良好基礎。
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