冲击倾向性煤层双重动压下回采巷道围岩支护技术.pdf

巷道工程与支护 冲击倾向性煤层双重动压下回采巷道围岩支护技术 张治高 新汶矿业集团 新巨能源分公司,山东 巨野274918 [摘 要] 针对良庄煤矿冲击倾向性煤层沿空掘巷在采空区侧向高应力、施工动压双重影响下 的巷道支护问题,采用了锚带网索联合支护技术,有效控制了两帮及底板变形,保证了巷道围岩的稳 定性,取得了良好的社会效益和经济效益。 [关键词] 双重动压;冲击矿压;锚带网索联合支护;底鼓变形 [中图分类号] TD353 [文献标识码] B [文章编号] 100626225 2007 0520041203 Surrounding Rock Supporting Technology ofM in ing Roadway under Double Dynam ic Pressure in Coal Seam with Bursting L iability [收稿日期] 2007 - 05 - 25 [作者简介]张治高1967 - ,男,山东人,在读工程硕士,先后从事矿井地质,采煤技术管理与矿压方面研究工作。 新汶良庄煤矿四层煤具有冲击倾向性,围岩控 制成为安全生产的一大技术难题。至今国内对在受 双重动压影响下具有冲击倾向性煤层巷道还没有一 种有效的控制办法,巷道变形大,破坏严重,只是 不断进行修复及加固,严重影响煤矿安全生产。 1 工程概况 新汶矿业集团良庄煤矿八采区煤层厚度平均 1184m,埋深93616m,顶底板岩层分别为砂岩和 泥质页岩,由于受顶板冲击矿压及上区段回采工作 面侧向动压的严重影响,致使回采巷道在掘进过程 中就已发生了严重变形及破坏。针对以上问题,对 大采深回采巷道的生产及地质条件进行了调查分 析,提出锚带网索联合支护,通过类比及模拟计 算,确定锚杆及锚索的支护参数,并采用锚索补 强、钢筋网护顶、扩帮等工艺,探索出一种有效的 控制方法。通过在良庄矿的现场使用效果分析,这 种支护方案对冲击倾向性双重动压下回采巷道有较 好的效果。 2 巷道底鼓变形的主要因素 针对巷道破坏的状况,引起巷道底鼓变形破坏 的主要因素有 1底板岩层的物理力学性质 底板岩层的 强度、黏聚力及内摩擦角对巷道底鼓起着决定性作 用,底板岩层强度越低,在巷帮煤岩柱的挤压作用 下,越容易发生底鼓变形。 2围岩支承压力 巷道开挖引起的应力集 中以及回采工作面超前及侧向支承压力是促使巷道 强烈底鼓的主要原因。巷道围岩支承压力愈大,底 鼓愈加严重。因此,深井开采,残留煤柱下或受回 采工作面动压影响,使巷道底鼓都比较严重。 3水理作用 底板积水使遇水膨胀的底板 岩层更容易产生严重底鼓。主要原因是积水通过 底板岩层的节理裂隙渗入到底板岩层中,使得底板 岩层产生软化作用,造成底板岩层强度大大降低; 泥质胶结的岩层,浸水后易碎裂、崩解、泥化,甚 至完全丧失其强度;含蒙脱石的黏土岩,浸水后会 产生膨胀性底鼓。 4支护强度 底板不支护是造成软岩巷道 底鼓量大于顶板下沉量的主要原因。尤其是遇水崩 解或膨胀性的黏土岩和泥质岩层,底板及时支护和 封闭是控制底鼓的根本措施。底板支护对控制底鼓 的作用主要取决于支护强度大小。因此,正确选择 支护形式和支护阻力等参数是控制回采巷道底鼓的 关键因素。 3 大采深回采巷道支护技术 311 巷道概况及其支护方案 良庄煤矿8405轨道位于良庄煤矿第8采区, 断面宽度为3700mm,上帮及下帮高度分别为 3300mm和1900mm,通过对巷道底鼓变形进行观 测、分析,提出了锚带网索联合支护方案,并施加 预紧力,及时向围岩提供主动抗力,充分发挥围岩 14 第12卷 第5期总第78期 2007年10月 煤 矿 开 采 CoalMining Technology Vo1112 No15 SeriesNo1 78 October 2007 的自承载能力。 312 主要技术参数 采用锚杆、锚索、钢带、金属网联合支护,如 图1所示。 图1 8405轨道巷支护断面设计 1锚杆采用无纵筋螺纹钢锚杆,直径 20mm,设计初锚力50kN,其中 顶板锚杆长度2200mm,间排距850mm 850mm; 底角锚杆长度2200mm,间排距850mm 850mm; 上帮锚杆长度2500mm,间排距850mm 850mm; 下帮锚杆长度2200mm,间排距750mm 850mm。 2锚索长度8000mm,直径15124mm,间 排距2900mm1700mm,设计初锚力100kN。 3辅助支护配件锚杆托盘,规格150 mm 150 mm915mm;锚索托梁采用18号型钢制 作,长度600mm。 4采用直径615mm的冷拔钢筋焊接而成, 网格150mm150mm,搭接长度150mm。规格 顶 网1000mm4300mm,上 帮 网1000mm 3000mm,下帮网1000mm1900mm。 313 施工工艺 由于8405轨道巷受相邻巷道回采面侧向动压 及来自顶板的冲击矿压震顶的影响,煤体已 基本处于松散破坏状态,掘进时勿须放炮,只需扒 装即可。为减少两帮煤体的大量塌落,必须采用掘 一排支一排的施工工序,其支护工艺为 1严格按支护设计要求布置锚杆及锚索, 间、排距误差允许在 50mm之内。 2锚杆、锚索安装之前应将钻孔清洗干净, 以确保锚固端与孔壁充分粘结,提高锚固效果。 3Z2833型树脂锚固剂凝固时间在115～ 2min之间,待凝固之后再施加初锚力。 4锚杆的初锚力50kN,锚索的 初锚力 100kN,应采用扭矩扳手确保初锚力达到设计值。 5底板应做成弧形,上面铺设碎矸石,并 找平。 4 支护效果分析 411 表面收敛 在巷道断面设置了两帮及顶底板移近量观察 点,其测试结果如图2～5所示。 图2 8405轨道巷两帮收敛变形速度 图3 8405轨道巷两帮收敛变形曲线 图4 8405轨道巷顶底板位移变形曲线 图5 8405轨道巷顶底板变形速度曲线 1两帮变形 在前6d两帮变形随时间急剧 增加,从 第6d之 后 变 形 趋 缓,最 后 稳 定 在 24 总第78期煤 矿 开 采2007年第5期 510mm;而两帮变形速度在前8d变化幅度较大, 第8d之后变化幅度大大减小,出现这种现象的原 因主要是受冲击矿压的影响,在离掘进迎头较近 时,矿压冲击强度较大,相应的两帮变形速度会急 剧变化,而随着测点远离掘进迎头,两帮变形速度 又逐渐趋于平稳,大约经过40d之后,变形速度趋 近于零。 2顶底变形 与两帮变形相类似,也是在 前6d顶底板变形随时间急剧增加,从6d之后变形 趋缓,最后达到354mm;而顶底板变形速度大约 在前4d变化幅度较大,最大值达到105mm /d,从 第4d之后变形速度逐渐趋于平缓。 412 锚固力测试 在巷道断面设置了3个观测点,即顶板、上帮 及下帮。其测试结果如表1所示。 表1 锚固力测试结果 间隔时间/d顶板/kN上帮/kN下帮/kN 0555 5615101014 5617201516 10618452012 10617602014 1071260132015 1071560132017 1071960152017 1081360152018 1081560162019 1091560182019 1091760182019 10101260193012 10111560193516 10121360193918 由表1的测试数据及随时间的变化趋势可知 1顶板锚杆 在初锚力的基础上,锚杆受 力一直比较平稳,没有出现明显的变化,其原因在 于一是顶板为坚硬而相对完整的砂岩,二是靠帮 顶板锚索的强力支护作用,不易断裂。 2上帮锚杆 上帮是8405轨道巷与8404回 采面之间保留的煤柱,此煤柱宽度为6m,该煤柱 若没有靠帮顶板锚索的强力支护作用,其自身很难 经受住侧向动压及顶板冲击矿压的强烈影响,但实 际情况却表明,上帮煤柱基本保持稳定,锚杆受力 逐渐增长,最后稳定在60kN的水平上,未出现锚 杆与煤柱整体外移现象。 3下帮锚杆 下帮锚杆安装之后,在侧向 动压及顶板冲击矿压作用下,锚杆受力增长较缓 慢,这主要是由于靠帮顶板锚索的强力支护作用, 减少了煤体上的支承压力,使得锚杆受力大部分时 间稳定在20kN的水平上,而当第2次受到超前动 压影响时,锚杆受力又开始逐渐增大,并达到 40kN。 5 结论 1在使用了锚带网索联合支护后,改善了 巷道的围岩特性,提高了支护结构的承载力,能有 效地抵抗冲击矿压和双重动压的作用,确保了巷道 围岩的稳定性,并且施工工艺简单、易行,大大提 高了施工的进度。 2通过测试结果来看,锚杆锚固可靠,围 岩相对变形较小,有效提高了围岩的整体性和自承 能力,避免了应力集中现象。 3底角锚杆有效地控制了底板的底鼓现象, 使底鼓量和断面收缩率有明显降低,同时对控制两 帮变形起到了积极作用。 [责任编辑颜立新] 上接73页 316 破碎顶板的控制 31611 带压擦顶移架 为了减轻移架对顶板的破坏,移架时让支柱仍 保持一定的工作阻力,使顶梁贴着顶板擦顶前移。 31612 正确使用液压支架顶梁伸缩梁 当采煤机前滚筒割过后,应立即伸出液压支架 顶梁的伸缩梁护顶。支架前移时,则应及时收回伸 缩梁。如果割煤后伸缩梁不及时伸出护顶,则极易 造成冒顶事故;如果移架时不及时收回伸缩梁,一 是推输送机拉架不到位,导致工作面采不直,二是 造成支架顶梁低头,破坏顶板。 31613 架设 “ 倒撅 ”棚 当工作面机道已出现冒顶或移架造成冒顶的危 险时,则采用打 “ 倒撅 ”棚的方法处理。即在煤 壁靠顶板处挖一梁窝,将棚梁的一头架在煤壁上, 另一头架在支架顶梁上,然后在棚梁上接顶或护 顶。如果煤壁松软或片帮严重而不能挖梁窝,则靠 近煤壁在棚梁下打临时单体液压贴帮点柱,施工时 应从好顶板往顶板破碎或者冒顶区进行。这 样可防止移架时发生大面积冒顶。 317 强化现场管理 提高工程质量 工程质量直接关系到工作面顶板管理的好坏。 因此,必须切实加强现场管理,抓好工程质量的检 查和验收,实行分段现场交接班,杜绝不合格工 程,为搞好顶板管理打下良好的基础。 [责任编辑崔德仁] 34 张治高冲击倾向性煤层双重动压下回采巷道围岩支护技术2007年第5期