某礦高應力回采巷道支護設計研究

摘要:基于某礦高應力回采巷道所處的實際地質條件,分析了已掘巷道的變形狀況,根據(jù)經驗提出了巷道的支護方案,并通過計算機模擬確定了最優(yōu)方案。該方案的實施取得了較好的效果,并迅速在該礦其它巷道推廣使用。

關鍵詞:高應力 回采巷道 支護

1. 生產地質條件

該工作面標高為:-560m～-580m,埋藏深度690m～710m之間。12311采面上部戊9、10煤層未開采,下部1～6米處為己16、17煤層。工作面所采煤層為己15煤層,賦存較為穩(wěn)定,煤層結構單一,斷層處煤厚可能稍有變化,厚度一般在2.91～4.71 m,平均3.50 m,另由于距離己16-17煤層較近,厚度不穩(wěn)定,部分地段與己16-17煤層合層,厚度達到6.2米。該工作面緊鄰大石山背斜,煤層傾角變化較大,在大石山背斜軸部坡度較平緩,幾乎在0°左右,在機巷里段坡度較大,一般為11°左右。煤層直接頂板大部為中厚-厚層狀泥巖、砂質泥巖,局部為中厚層狀細粒砂巖,厚度0.62～9.60m,一般3～6m,因12311采面緊鄰大石山背斜軸,斷層裂隙發(fā)育,頂板巖石破碎,巖體完整性差,大部為Ⅲ～Ⅳ類,局部為Ⅱ類。直接底板大部分為泥巖、砂質泥巖,厚度0～5.50m,一般0.50～4.0m,平均3.43m,局部為細粒砂巖,厚度0～7.00m,平均厚4.63m,底板飽和抗壓強度平均為20.7MPa,屬松軟類底板。

另外,從工作面的生產地質條件可以看出,該采面開采深度在700m左右,另由于地質構造的影響,除12311工作面附近高溝逆斷層外,該工作面緊鄰大石山背斜,將對工作面的開采造成大的影響,因此,該工作面的開發(fā)處于高應力區(qū)域。

2. 已掘巷道變形狀況分析

12311采面機巷設計長度1500m,巷道掘進亦沿煤層頂板破偽頂掘進,在掘進工作面消突的基礎上目前采用鉆爆法施工,巷寬4.6m,巷中高3m,凈斷面13.8m2,巷道采用高強錨桿錨索支護。

分析目前巷道圍巖變形嚴重的原因主要有以下幾個方面:①地應力大,尤其是水平應力大;②圍巖巖性不一致、變形不均勻,加劇了巷道周邊的變形;③防突措施加劇了巷道圍巖巖性的弱化;④現(xiàn)有支護參數(shù)的不合理。

3. 錨桿設計方案的確定

在錨桿支護設計中,由于現(xiàn)場巖性參數(shù)計原始地應力沒有進行實際測量,因此,在前述分析的基礎上,運用經驗法提出錨桿布置的初步方案,并進行了計算機模擬,根據(jù)現(xiàn)場觀測后再考慮錨桿設計方案的修改。工作面機巷錨桿布置建議方案如圖1、圖2所示。

支護形式為錨桿錨索協(xié)調支護。頂板為7根錨桿,間距750mm,上幫5根錨桿,下幫4根錨桿,間距為800mm,錨桿排距參照間距確定為800mm。其具體支護參數(shù)為:

頂板:使用左旋螺紋鋼高強錨桿,規(guī)格為φ22×2400mm,配拱形托盤和高強螺母,為配套產品。加長樹脂錨固,鉆孔直徑為28mm,藥卷規(guī)格為K2350一卷,Z2350一卷,錨固長度1.76m,頂板配以W鋼帶梁和金屬網作為輔助支護,W鋼帶規(guī)格同風巷,長度為4800mm,上有7個錨孔,金屬網采用8#鉛絲編制的經緯金屬網,規(guī)格為5000×1100mm,相鄰網搭接200mm,鐵絲鈕扣聯(lián)結。

頂板錨索:7股高強度低松弛鋼絞線制,直徑17.8mm,長7.2m,有效長度7.0m,排距1.6m,錨索之間用16～20號槽鋼連接,槽鋼長度只要大于錨索間距兩側各300mm即可,即為3600mm,錨索采用4卷Z2350樹脂錨固劑錨固,錨固長度理論計算2.26m,在錨索錨固端2.2m處施加擋圈。

兩幫:采用左旋螺紋鋼高強錨桿,規(guī)格為φ20×2400mm,鉆孔直徑為28mm,加長錨固,每孔二個樹脂藥卷,規(guī)格為Z2350,選用金屬網和W鋼帶梁護幫,網和W規(guī)格均同頂板相同,上幫W鋼帶長為3400mm,下幫長2600mm。上幫金屬網尺寸為3400mm×1100mm,下幫金屬網尺寸為2600mm×1100mm。

幫錨索:7股高強度低松弛鋼絞線制,直徑17.8mm,長6.0m,有效長度5.5m。排距3.2m,錨索之間用16～20號槽鋼連接,槽鋼長度只要大于錨索間距兩側各300mm即可,即上幫為2000mm,下幫為1400mm,錨索采用4卷Z2350樹脂錨固劑錨固,錨固長度理論計算2.26m,在錨索錨固端2.2m處施加擋圈。

頂、幫錨索施工時均需墊加長寬合適的木托盤,以增加錨索的延伸率,木托盤和錨索鐵托盤尺寸規(guī)格均同風巷相同。

如頂板完整,可以試驗如下方案:直徑14mm的圓鋼焊制的鋼筋梯子梁,用大木托盤,400mm×400mm,再配以大鐵托盤,直徑300mm,然后鎖緊裝置,并加強監(jiān)測。

4. 施工技術要求

①錨桿鉆孔位置與設計誤差不超過±50mm;②頂錨桿鉆孔深度2.3m,幫錨桿鉆孔深度2.0m;③錨桿鉆孔角度與設計角度誤差小于±5°;④采用不同凝固速度的藥卷時,先放入一個快速藥卷,再放入中速藥卷,用螺紋鋼錨桿將其送入孔底,開機后邊攪拌邊向孔底推進,直到錨桿接觸孔底再轉機10～15秒為止;⑤每根錨桿安裝后,均需用大扭矩扳手擰緊,以達到預緊力。⑥護網必須拉緊,使之緊貼巷道表面;兩網搭接長度200mm,搭接段每200～300mm用鐵絲扣緊。⑦錨索攪拌樹脂藥卷過程中不能停頓,要一氣呵成,絕對不能反復攪拌,否則,已開始聚合反應的樹脂分子鏈會遭到破壞,導致錨固實效。⑧張拉時發(fā)現(xiàn)不合格的錨索,必須立即在其附近補打合格的錨索,或者用張拉器將不合格的錨索拔出,然后用鉆機將原來的孔“溜”一遍,重新安裝錨索。

5. 結語

目前,該方案正在工作面機巷掘進過程中使用,根據(jù)已有的巷道變形狀況來看,該方案有效地控制了深井高應力巷道的大變形,保證了巷道的安全和正常使用,并大大降低了工人的勞動強度,已經在該礦其他巷道推廣。

作者簡介:李晚喜,男(1971-),湖南省邵東縣人,畢業(yè)于湘潭礦業(yè)學院采礦工程系采礦專業(yè),本科學歷。現(xiàn)在為溫州礦山井巷工程有限公司工程管理部部門經理。