綜采工作面切眼及其煤層頂板施工研究

摘 要:隨著高產高效綜采面的推廣應用，大斷面煤巷尤其是軟巖頂板巷道很難維護。針對綜采工作面切眼及其煤層頂板施工問題，確立錨梁網錨桿支護技術參數，集中布置放水孔技術對策，可以有效解決在粉砂質泥巖頂板和局部富水條件下的大斷面切眼的圍巖控制問題。

關鍵詞:綜采;工作面切眼;煤層頂板;施工研究

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)12-0325-01

0 前言

綜采工作面切眼及其煤層頂板施工研究是當前研究的熱點問題。綜采工作面直接頂板為粉砂質泥巖，其上賦砂巖巖層為弱含水層，受采動影響易形成砂巖裂隙水侵蝕粉砂質泥巖頂板。綜采開切眼大斷面采用錨桿支護替代木抬棚支護優越性明顯。技術上先進，經濟上合理，施工速度加快，采面的準備時間縮短，便于設備安裝，工人的勞動強度大大減輕。巷道施工安全可靠，成本降低，具有較高的經濟效益?，F場和實驗室試驗表明，該類粉砂質泥巖頂板遇水后易發生崩解軟化，失水后又變得易破碎，強度弱化明顯，給巷道圍巖控制帶來了很大困難。

1 工程概況與支護對策

31200工作面切眼直接頂板為粉砂質泥巖，在無水的情況下支護狀況尚好，遇水后則頂板巖石強度迅速降低，巖層表層軟化、剝落，再加上切眼斷面大，頂板松軟破碎，容易導致錨桿徑向錨固作用失效，引發頂板垮冒事故。為了查明工作面切眼粉砂質泥巖頂板遇水失穩的原因，在實驗室對切眼頂板粉砂質泥巖進行了粘土相對定量分析—X射線衍射實驗。隨著高產高效綜采面的推廣應用，大斷面煤巷尤其是軟巖頂板巷道很難維護。按照標準分析方法進行對照分析鑒定，確定樣品的物質組成。分析結果可知，頂板巖樣中高嶺石含量最高，其次是伊利石、蒙皂石或伊蒙混層，樣品中還含有綠泥石、石英、長石及少量方解石等粘土礦物，表明切眼頂板具有明顯的膨脹性軟巖的物理特征。在采用錨桿支護設計前，要采用現場調查和地質力學評估、井下監測和信息反饋及日常監測的動態信息設計方法。現場調查內容包括圍巖強度、圍巖結構、地應力及錨固性能測試等。在現場調查內容的基礎上進行地質力學評估和圍巖分類，為設計提供可靠的參數。設計采用數值計算和經驗相結合的方法進行，根據圍巖參數和已有實測數據確定出比較合理的設計方案。并在井下實施，并且要進行詳細的圍巖位移和錨桿受力監測，根據監測結果驗證或修正設計。切眼頂板為泥巖或粉砂質泥巖，巖層中膨脹性礦物含量高，巖層強度低，抗水浸和抗風化能力差，易軟化;抗壓及抗變形能力差，巖石堅固性差，屬易冒落的松散頂板。由于切眼局部含水較大，地下水使頂板巖層逐漸潮解、泥化，塑性增強，強度降低;地下水還會使巖石或裂隙間的摩擦因數和變形模量減小，對巖體不連續面起潤滑作用，降低了巖體強度。由以上分析可知，要解決粉砂質泥巖頂板和局部富水條件下的大斷面切眼的圍巖控制問題，必須要保證合理的錨桿預緊力、合理的錨桿支護強度以及做好頂板巖層的保水控制，這是支護技術的關鍵所在。根據圍巖情況和采用錨桿支護后再進行加強支護，預計頂板變形不大，因屬于單一煤層開采，切眼內礦山壓力無明顯顯現，圍巖變形量不大，頂板變形量最大不超過3mm。在頂板支護后基本處于穩定狀態，兩幫由于有錨網支護且配有支柱及大拌背幫，也不存在片幫現象，較傳統支護在頂板控制方面具有很大優越性?？紤]到工作面切眼跨度大，頂板遇水后強度降低，并伴有軟化、崩解、剝落現象，單一的支護形式難以有效保證巷道穩定。故確定以錨、網、噴、索配合鋼帶的聯合支護技術為主，局部富水地帶輔以注漿加固、小孔徑錨索補強支護和集中布置放水孔的組合支護技術方案。

2 支護參數設計

31200東藝深部軌巷、皮帶巷施工范圍內埋藏深度700m以上，該巷道沿煤層頂板施工，直接頂(偽頂)為3.0-4.5m的煤與粉砂巖互層，易掉落，老頂為6.0m厚的粉細砂巖，巷道施工設計采用為凈寬ⅹ凈高=3.0mⅹ2..2m的矩形斷面，巷道設計采用錨網索+鋼帶聯合支護，巷道頂部采用4根錨桿，間距ⅹ排距=700ⅹ900mm，用LⅹФ=2200ⅹ18mm的等強螺紋鋼，每根錨桿錨注K2535型樹脂藥卷2塊，錨固力64KN，兩幫采用LⅹФ=1800ⅹ18mm的螺紋鋼錨桿，每排布置3根間排距800ⅹ1000mm，并加壓寬ⅹ厚ⅹ長=140ⅹ3ⅹ2800mm的w型鋼帶，巷道頂部每3m打設一組錨索(每組2根，間距1.2m)，錨索采用LⅹФ=6000ⅹ15.24mm的鋼絞線，每根注K=2535型樹脂藥卷3塊，錨固力不小于200KN，頂幫均壓網孔規格為60ⅹ60mm的8#冷拔絲經緯網。煤層頂板為粉砂質泥巖，頂板破碎易冒落，煤層易片幫;煤層底板以粉砂巖、細砂巖為主，局部較堅硬。在31200工作面切眼的施工過程中，局部富水地帶還采取了注漿加固、集中布置放水孔以及小孔徑錨索補強支護等措施。錨桿支護形成壓縮圈厚度小松動圈厚度時，錨桿支護懸吊作用減弱，頂板會離層脫落。再采用預應力錨索補強加固，錨索長度大、預應力高、快速承載能力強，形成壓縮圈厚度大，較大預應力作用下，上部穩定巖層下部組成巖層梁再組合起，每根錨索周圍形成壓縮區域彼重疊，復合頂板中形成個厚度更大均勻連續壓縮帶，各巖層面互相擠壓，層面摩擦大大增加，使復合頂板形成拱梁，從而效提高頂板整體性、穩定性，加強頂板承能力。

3 支護效果評價及技術經濟效益分析

為了掌握綜采面切眼的圍巖控制效果，在掘進過程中布置測站，通過巷道表面位移的測量監測圍巖的穩定狀況。針對綜采工作面切眼及其煤層頂板施工問題，確立錨梁網錨桿支護技術參數，集中布置放水孔技術對策，可以有效解決在粉砂質泥巖頂板和局部富水條件下的大斷面切眼的圍另面視前一篇情況可加可不加巖控制問題。觀測發現，綜采面切眼在采用錨、網、噴、索配合鋼帶等聯合支護技術后，巷道圍巖變形速度較快;頂板離層儀的監測數據表明，頂板的松動離層變化也較小，巷道整體支護效果較好。綜采面切眼在采取錨、網、噴、索配合鋼帶等聯合支護技術后，與傳統的鋼棚支護相比取得了明顯的技術經濟效益:減少了巷道支護的材料、維護等費用，節約成本;縮短了切眼的施工工期，切眼空間增大，綜采設備的運輸、安裝速度得到明顯提升，利于礦井實現高產高效。改善了巷道的圍巖狀況，通過集中布置放水孔、小孔徑錨索補強支護等措施減弱地下水對切眼粉砂質泥巖頂板的弱化作用，增強了巷道的穩定性，有效保障現場工人的施工安全。在分析泥巖頂板遇水失穩影響因素的基礎上，結合31200綜采面切眼跨度大的特點，確定了以錨、網、噴、索配合鋼帶的聯合支護技術為主，局部富水地帶輔以注漿加固、小孔徑錨索補強支護和集中布置放水孔的組合支護技術方案;通過對煤礦31200工作面的地質條件和切眼頂板巖樣的X-射線衍射分析可知:切眼跨度大、頂板粉砂質泥巖中膨脹性礦物含量高、地下水以及工程擾動等因素是導致頂板遇水失穩，強度降低、破碎、難支護的主要原因。

4 結論

對綜采工作面切眼使用采煤機擴面的技術應用綜合分析，表明此施工形式比使用掘進機擴面在技術上是先進的，經濟上是合理的，安全上是可靠的。在工作面切眼進行試驗獲得成功，證明對綜采工作面切眼擴面的施工工藝有一定的借鑒作用。全部實現綜合機械化采煤，每個工作面都要進行切眼擴面，因此使用采煤機擴面取得了較好的技術效益。實踐表明，采用錨、網、噴、索配合鋼帶的錨桿支護技術，成功控制了大斷面切眼粉砂質泥巖頂板難以維護的技術難題，并有效地控制了巷道的圍巖變形，取得了較為明顯的技術經濟效益。

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