厚硬顶板工作面回采巷道支护优化.pdf

2 0 2 0年第0 5期 厚硬顶板工作面回采巷道支护优化 武建文 汾西矿业集团高阳煤矿, 山西 孝义 0 3 2 3 0 6 摘 要 3 6 5 0 3轨巷顶板为厚度3. 51 6. 9 m的细砂岩, 坚硬且裂隙发育, 围岩应力高。通过采用现场调研分析以 及理论分析等措施, 对该类巷道出现围岩大变形的原因进行剖析, 并提出巷道支护优化措施, 具体为高预 应力锚网索、 围岩注浆、U形钢架等结合支护方式, 随后对巷道优化支护参数进行详细阐述。现场应用后, 巷道顶底板、 巷帮变形量为1 4 3 mm、9 5 mm, 取得显著的围岩控制效果。 关键词 厚顶板; 坚硬顶板; 高应力; 巷道支护; 预应力锚杆 中图分类号 T D 3 5 3 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 5. 0 4 9 0 引言 厚且坚硬的顶板与高应力并存给矿井回采巷道的正 常使用带来一定影响, 采用合理的巷道支护参数是确保 巷道围岩稳定的关键[ 1]。高应力不仅跟巷道掘进层位埋 深有关, 还与附近巷道掘进、 采面回采密切相关, 当巷道 顶板坚硬时应力集中程度增加, 在应力作用下顶板下沉 量、 底板 底 鼓 量 大、 巷 帮 容 易 片 帮, 影 响 巷 道 使 用 安 全[ 2 - 4]。山西某矿6号煤层回采巷道有单体、 锚网喷等多 种支护形式, 顶板为坚硬的砂岩, 巷道掘进开挖后, 回采 工作面开采中矿压集中现象较为明显, 底板底鼓、 煤壁片 帮严重, 因此需要对巷道支护进行优化。 1 工程概况 3 6 5 0 3采面开采6号煤层, 煤层底板标高5 3 0 m, 地表标高1 3 5 6 m, 采面埋深平均8 0 0 m, 具体采面位置 关系见图1。煤层厚度在2. 53. 6 m, 裂隙发育, 倾角 9 1 2 。 图1 位置关系 3 6 5 0 3采 面 轨 道 巷 顶 板 为 细 砂 岩, 厚 度 在3. 5 1 6. 9 m, 较为坚硬, 裂隙发育; 巷道底板为砂质泥岩, 厚度 为3. 5 m, 设计的3 6 5 0 3轨道巷长度为1 0 5 8 m。在与 3 6 5 0 3采面临近的3 6 5 0 1采面回采巷道支护采用锚网索 喷方式, 围岩变形严重, 变形表现出底鼓量大、 巷帮收敛 明显的特征。可以确定3 6 5 0 3轨巷若采取与3 6 5 0 1采面 回采巷道一样的支护参数, 巷道围岩变形势必严重, 因 此, 有必要针对3 6 5 0 3轨巷的地质条件, 对巷道支护参数 进行优化。 2 矿井回采巷道支护评价 该矿6号煤层开采时一般采用锚杆锚索支护形 式, 现场应用取得显著效果。但是由于采动动压、 围岩岩 性变差等原因, 现阶段回采巷道采取的支护参数难以满 足巷道围岩控制需要, 在回采巷道使用过程中常出现顶 板下沉、 底板破断以及巷帮片帮等矿压显现问题[ 5 - 6]。 采用钻孔窥视发现巷道围岩内裂隙发育达到数十米 以上, 围岩支护采取的锚网索方式可能存在一定的失效 风险。顶板破碎区位于上顶板角1 0 m范围内, 因此, 维 护破碎区岩层稳定, 对降低围岩变形具有重要作用。现 有的研究成果表明, 针对裂隙发育围岩结构, 采用预应力 高强锚杆可以起到显著的围岩控制效果; 结合采用浅部 注浆锚杆, 充填锚固区内的围岩裂隙, 可以显著改善锚杆 支护效果。 锚杆、 锚索为主动支护, 在围岩控制时具有一定的伸 缩性, 可以给围岩一定的压应力, 提升围岩的承载能力。 现场测量发现矿井水平应力大, 单独采用锚网索支护时 容易引起底板在较大水平应力作用下产生底鼓, 因此, 对 巷道支护优化配合采用3 6 U形钢架。 3 回采巷道支护优化 由于矿井3 6 5 0 1采面回采巷道原支护方案存在问 题, 以及3 6 5 0 3采面回采巷道围岩岩性、 受力条件的影 响, 对回采巷道支护采取单一的围岩控制措施难以控制 围岩变形, 因此围岩支护优化的重点放在以下几个方面 1 采用高预应力锚杆改善巷道围岩控制效果; 2 采用 中空注浆锚杆、 注浆锚索增强表层浅部围岩、 深部围岩的 稳定性, 提升锚杆、 锚索效果; 3 用U形钢支架控制巷帮 表面变形。具体确定的3 6 5 0 3轨巷支护优化方案为 锚 网喷围岩注浆U形钢棚。 3. 1 高预应力锚网喷 3. 1. 1 锚杆参数 采用ϕ2 2 mm2. 4 0 0 m的锚杆, 高度≥3 6 mm的托 盘, 托盘板的规格为1 5 0 mm1 5 0 mm1 0 mm。两侧 911 工矿自动化 自动化应用 收稿日期 2 0 2 0 - 0 3 - 2 6 作者简介 武建文 1 9 7 8 , 男, 毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业, 本科, 工程师。 2 0 2 0年第0 5期 巷帮各4根、 顶板6根, 间距、 排距均为9 5 0 mm, 锚杆均 垂直煤壁施工, 施加预扭矩≥3 0 0 Nm。 3. 1. 2 锚索参数 采用长 度ϕ1 8. 6 mm6. 3 m的 钢 绞 线, 高 度 ≥3 6 mm的托盘, 托盘板规格为3 0 0 mm3 0 0 mm2 0 mm。每排布置3根, 均布置在顶板上, 排距1 9 0 0 mm、 间距9 5 0 mm。巷道支护断面如图2所示。 图2 巷道支护断面 3. 1. 3 金属网及表层喷浆 采用规格为1. 0 m4. 5 m的菱形金属网8号镀锌 铅丝制作 , 临近2片金属网叠加压茬1 0 0 mm, 每隔1 0 0 mm采用两段1 2号铁丝绑扎。表层喷射水泥、 米石及砂 混凝土, 分两次喷射, 巷道掘进后即初喷3 0 mm, 支护完 成后再重喷5 0 mm, 表层喷浆共计8 0 mm, 形成的喷浆层 强度达到C 3 5。 3. 2 注浆 注浆孔采用气动锚索钻进施工, 孔径为3 2 mm。注 浆采取先上后下方式。在巷道断面布置6个注浆孔, 间 排距均为1 9 0 0 mm, 注浆孔深均为6 0 0 0 mm。注浆管路 选硬质塑料管全程注浆, 注 入 水 泥 单 液 浆, 压 力26 MP a。当注浆孔注浆压力达到6 MP a并稳压3 0 m i n时 可以停止注浆。 3. 3 铺设U形钢架 在巷道表层铺设的3 6 U形钢架采用三连接方式对整 个巷道断面进行支护, 钢架间搭接距离为0. 5 m, 棚距 1. 8 m; 架棚与围岩留3 0 0 mm间隙, 用半圆木背实。 4 围岩支护效果 对3 6 5 0 3采面轨道巷围岩支护参数进行优化后, 现 场实践得到的围岩变形数据见图3。 从图3中可以看出, 对巷道支护进行优化后顶底板、 巷帮位移量2 05 0 d范围内增加显著, 而在02 0 d以 及5 0 d以后围岩变形增加缓慢或者基本趋于稳定。巷道 支护6 0 d时, 围岩变形量最大为0. 0 2 mm/d, 顶底板、 巷 帮变形量最大为1 4 3 mm、9 5 mm, 围岩控制效果显著。 图3 围岩变形量 5 总结 1 矿井回采巷道原支护采用锚网喷方式, 但是由于 3 6 5 0 3轨巷顶板为坚硬、 厚度大且较为破碎的粉砂岩, 若 巷道采取原支护措施, 在巷道掘进及采面回采动压影响 下势必会出现较大变形, 制约巷道使用安全。因此, 在对 巷道支护进行评价的基础上, 提出回采巷道的具体支护 优化方式。 2 巷道采用优化支护方式后, 顶底板、 巷帮变形量 分别为1 4 3 mm、9 5 mm, 围岩变形量不会对巷道后续使 用造成不利影响。采取的优化支护方案大幅降低了巷帮 片帮、 顶板冒落可能, 并降低巷道后续维护费用, 具有较 高的应用价值。 参考文献 [ 1] 梁哲.大采高厚硬顶板综采工作面超前支护优化设计研 究[ J].山西能源学院学报,2 0 1 9,3 26 1 8 - 2 0. [ 2] 刘江华.青洼煤业2 1 0 3综放工作面回采巷道支护参数优 化[ J].煤,2 0 1 9,2 81 2 5 0 - 5 1. [ 3] 田盛.大采高综采工作面回采巷道超前支护优化[J].江 西化工, 2 0 1 95 1 9 0 - 1 9 2. [ 4] 李 雁 辉.综 放 工 作 面 回 采 巷 道 支 护 设 计 及 优 化 研 究 [ J].煤炭与化工,2 0 1 9,4 29 3 0 - 3 3. [ 5] 张科, 王高峰.大断面全煤回采巷道 支 护优 化[J].煤, 2 0 1 9,2 89 2 1 - 2 4. [ 6] 刘璐.马兰矿1 8 5 0 6工作面厚硬顶板回采巷道支护技术 研究[ J].煤炭与化工,2 0 1 8,4 11 2 4 - 7. 021 自动化应用 工矿自动化