大跨度切眼優(yōu)化設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐

導(dǎo)語(yǔ)：大跨度切眼優(yōu)化設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：施工3209切眼，面臨巷道跨度大、煤層傾角大、過多條斷層等復(fù)雜條件。設(shè)計(jì)先掘?qū)ы虾髷U(kuò)刷，采取錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)，過斷層破碎區(qū)域注漿加固。為了保證5m高切眼支護(hù)穩(wěn)定，在擴(kuò)寬切眼時(shí)，采用雙排墩柱式支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。工程結(jié)束實(shí)測(cè)頂板下沉量不超過60mm，兩幫移近量不超過80mm，巷道圍巖沒有出現(xiàn)明顯離層和變形，工程實(shí)踐既安全可靠又成效顯著。

關(guān)鍵詞：大跨度切眼；墩柱式支架；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1工作面概況

金莊礦3209綜采工作面位于32采區(qū)東部，北面是采區(qū)集中巷，南面是臨礦邊界，西側(cè)為3207采空區(qū)，東側(cè)為F4∠70°H=0～60m斷層。主采3下煤層，厚度5.7～7.8m，平均7.3m，煤層賦存標(biāo)高-500～-630m，煤層傾角約30°。煤層頂板多為中、細(xì)粒砂巖，局部為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。該綜采工作面，面長(zhǎng)120m，走向長(zhǎng)度約600m。采用一次采全高綜采工藝，開采過程中主要受到水、火、頂板等災(zāi)害威脅。要求切眼掘進(jìn)高度不低于4.9m，正常寬度不小于10.6m，煤機(jī)窩處寬度不小于13m，長(zhǎng)度15m。3209切眼中部分布著F1∠45°H=4.5m、F2∠60°H=3～6m、F3∠55°H=4m共3條落差較大的斷層。該區(qū)域巷道主要受到斷層構(gòu)造影響，再加上掘進(jìn)斷面寬度較大不利因素，施工過程中將面臨較大困難，所以應(yīng)采取必要措施加以解決，3209綜采工作面平面示意圖如圖1所示

2設(shè)計(jì)與施工面臨問題原因分析

3209切眼設(shè)計(jì)與施工面臨復(fù)雜問題，究其原因主要有5個(gè)方面：（1）3209工作面是32采區(qū)最后一個(gè)綜采工作面，位于采區(qū)的最東端也是最低區(qū)域，煤層賦存標(biāo)高-630m，水、火、頂板等災(zāi)害治理難度較大。（2）該區(qū)域煤層賦存較厚，平均傾角30°，掘進(jìn)施工和工作面安裝有難度。（3）根據(jù)三維物探結(jié)果分析，3209切眼掘進(jìn)過程中需要過3條落差較大斷層，切眼斷面凈高×凈寬=4.8m×10.6m，給有效支護(hù)和安全施工帶來挑戰(zhàn)。（4）過斷層破碎帶時(shí)，可能出現(xiàn)高冒區(qū)，容易形成瓦斯或熱能集聚，不利于安全生產(chǎn)。（5）3209切眼跟煤層底板施工，掘進(jìn)高度4.9m，煤層平均厚度7.3m，頂板有1～2.5m厚的頂煤需要控制。若錨桿支護(hù)不到位僅靠錨索支護(hù)，在應(yīng)力作用下，頂板可能出現(xiàn)離層大面積垮落。對(duì)于大跨度切眼而言，這是潛在危險(xiǎn)，如圖2所示。因此，在3209切眼的設(shè)計(jì)與施工過程中，在傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)基礎(chǔ)上，需要增加新的技術(shù)手段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，期望達(dá)到“安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理”之目的。

3優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)對(duì)方案

3.1導(dǎo)硐支護(hù)設(shè)計(jì)

切眼分2次掘進(jìn)，第1次掘進(jìn)寬度5600mm，第2次掘進(jìn)寬度4800mm，掘進(jìn)順序?yàn)橄染蚰蟼?cè)導(dǎo)硐，再向工作面北側(cè)擴(kuò)刷。導(dǎo)硐采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)方式。錨桿采用準(zhǔn)22mm左旋無(wú)縱肋500#螺紋鋼錨桿，為保證錨桿錨入頂板硬巖，選用加長(zhǎng)錨桿L=3m，錨桿間排距850mm×800mm，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩不低于300Nm。錨索采用準(zhǔn)21.6mm的1×19股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，頂板錨索L=8m，每排布置3根，如圖3所示。為應(yīng)對(duì)高側(cè)壁礦壓威脅，非刷幫側(cè)施工幫錨索L=5m，頂板和幫部錨索間排距均為1600mm×1600mm，安裝在2排頂錨桿中部，預(yù)緊力250kN。頂、幫配合W鋼帶15mm×150mm×5000mm，采用準(zhǔn)6.5mm×100mm×100mm鋼筋網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)片規(guī)格2900mm×900mm。

3.2切眼擴(kuò)寬支護(hù)設(shè)計(jì)

考慮到切眼高度約為5m，為了保證切眼支護(hù)穩(wěn)定，在擴(kuò)寬切眼施工時(shí)，采用墩柱式支架加強(qiáng)支護(hù)。支架型號(hào)為ZQ2500/27.5/58，支架高度2750～5800mm，初撐力1994kN（p=24MPa），工作阻力2500kN（p=30.08MPa），底板平均比壓2.88MPa，泵站壓力24MPa，液壓雙伸縮立柱數(shù)量2根，質(zhì)量約3.3t，如圖4所示。支架安裝位置距離幫2500mm，2排墩柱之間預(yù)留5m運(yùn)輸通道。掘進(jìn)過程中，過斷層區(qū)域圍巖破碎，用中空注漿錨桿準(zhǔn)25mm×3800mm注漿加固，錨桿間排距2400mm×2400mm。采用425#普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比0.7∶1，最大注漿壓力2.5～3.5MPa。注漿可以封閉圍巖，加固破碎煤巖體，保證施工安全。3209切眼最大斷面擴(kuò)刷至凈高×凈寬=4900mm×13000mm，采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)方式，配合雙排墩柱，支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)論證，如圖5所示。

3.3支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

頂板支護(hù)從安全可靠角度出發(fā)，理論驗(yàn)算時(shí)必須驗(yàn)算切眼最大支護(hù)強(qiáng)度。當(dāng)切眼擴(kuò)刷至全寬時(shí)，頂板最大可能冒落高度下每米巷道的巖石重量W=Bhy=10.6（13.0）×5.0×25（1）=1325kN/m（1625kN/m）式中B———巷道寬度，B=10.6m或13.0m；h———頂板的最大可能冒落高度，結(jié)合3下煤層頂板實(shí)際情況，取h=5.0m；y———巖石容重，y=25kN/m3。為保證支護(hù)的有效性，理論驗(yàn)算時(shí)暫時(shí)不考慮頂板錨桿及其他輔助支護(hù)，則單位巷道錨索的支護(hù)力P′=NPη/s=2800kN/m＞1325（1625）kN/m（2）式中N———每排（控頂距0.8m）安裝的錨索數(shù)量，N=8；P———準(zhǔn)21.6mm鋼絞線錨索的最大錨固力，P=350kN；η———錨索破斷力利用系數(shù)，η=0.8；s———排距，s=0.8m。掘進(jìn)過程中若不考慮錨桿的懸吊力，全部頂板外載由錨索單獨(dú)承擔(dān)，錨索懸吊支護(hù)的安全系數(shù)n=P′/W=2800/1325（1625）=2.1（1.8）（3）經(jīng)過上述驗(yàn)算，3209工作面切眼頂板采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)，能夠滿足支護(hù)要求。同時(shí)，考慮到該區(qū)域?yàn)閿鄬悠扑閹В栽谇醒蹆?nèi)安裝雙排墩柱式支架ZQ2500/27.5/58加強(qiáng)支護(hù)，確保安全。

4效果檢驗(yàn)

為了及時(shí)掌握巷道變形情況，3209切眼內(nèi)布置表面位移測(cè)站觀測(cè)頂、底板和兩幫移近量。安裝頂板離層儀，并且采用十字交叉法進(jìn)行巷道表面位移觀測(cè)。在頂、底板中部分別安裝測(cè)量基點(diǎn)C點(diǎn)和F點(diǎn)，在兩幫中部分別安裝測(cè)量基點(diǎn)D點(diǎn)和E點(diǎn)。其深基點(diǎn)A與錨索長(zhǎng)度L=8m相同，位于堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層。淺基點(diǎn)B深度為2～2.5m，處于頂板煤層中。。間隔30m設(shè)置1組，共3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，如圖6所示。觀測(cè)結(jié)果顯示，掘進(jìn)工程完成1個(gè)月內(nèi)3209切眼頂?shù)滓平坎怀^60mm，兩幫移近量不超過80mm，巷道圍巖沒有出現(xiàn)明顯的離層和變形，如表1所示。

5結(jié)語(yǔ)

3209綜采工作面切眼采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)，選用先掘?qū)ы虾笏挼氖┕すば颉楸ＷC斷層破碎帶支護(hù)的安全可靠性，對(duì)其頂板進(jìn)行注漿加固，并且在切眼中部布置雙排墩柱式支架加強(qiáng)支護(hù)。圍巖移近量觀測(cè)結(jié)果顯示，沒有發(fā)現(xiàn)較大量的頂板離層現(xiàn)象。該項(xiàng)支護(hù)技術(shù)完全能夠滿足安全生產(chǎn)需要，工程實(shí)踐取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］柴肇云，康天合，李義寶，等.特厚煤層大斷面切眼錨索支護(hù)的作用［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2008（7）:732-737.

［2］任建喜，黃劍斌，楊渴，等.深埋軟弱破碎煤巷圍巖變形破壞機(jī)理及支護(hù)對(duì)策［J］.煤炭技術(shù)，2017，36（10）:1-3.

［3］張東，蘇剛，程晉孝.深井大采高綜采工作面切眼聯(lián)合支護(hù)技術(shù)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（11）:1883-1887.

［4］郝登云，崔千里，何杰，等.錨桿錨索支護(hù)巷道層狀頂板變形特征及離層監(jiān)測(cè)研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2017，42（S1）:43-50.

作者：田學(xué)春 單位：棗莊市金莊生建煤礦