大傾角三軟煤層綜采工作面順槽支護技術

裴保強

1 礦井概況

文明煤礦隸屬山西焦煤集團霍州煤電汾源煤業有限公司,位于靜樂縣境內,距山西省靜樂縣縣城30 km,井田內溝谷均為季節性水流,平時無水,而雨季時有洪水。井田主要可采煤層為2號,3號,5號煤層,煤礦床以頂板砂巖裂隙含水層充水為主,根據抽水試驗資料,主要充水層富水性弱,井田內構造簡單。

2號煤層為井田內主要可采煤層,賦存于太原組頂部,上距K3砂巖3 m～5 m,下距 L3石灰巖30 m～50 m。煤厚2.35 m～4.40 m,平均3.30 m,屬中厚煤層,煤層傾角30°～ 35°,結構簡單,不含夾矸,全井田可采,頂板為泥巖及砂質泥巖,底板為砂質泥巖或泥巖。煤層強度極低,屬于典型的松軟圍巖,巷道處于其中,不可避免的要發生較大的位移變形,將給巷道支護帶來較大的難度。

2 順槽錨桿支護設計

順槽以巷道斷面尺寸4.5 m×2.8 m,通過不同支護方案圍巖控制效果的對比分析確定各支護參數,主要從以下4個方面進行分析:1)比較頂錨桿間距;2)比較頂錨桿長度;3)比較錨索數量;4)比較錨桿排距。

2.1 頂錨桿間距對順槽支護效果的影響

試驗方案如下:1)頂板錨桿間距為1 100 mm,5根錨桿,其他參數相同。2)頂板錨桿間距為900 mm,6根錨桿,其他參數相同。3)頂板錨桿間距為800 mm,7根錨桿,其他參數相同。4)頂板錨桿間距為700 mm,8根錨桿,其他參數相同。

表1 圍巖位移量統計表(一) mm

由表1可知,隨著頂錨桿間距的減小,巷道圍巖的位移量在不斷減小,尤其是頂板下沉量對頂錨桿間距的改變較為敏感。當頂錨桿間距從900 mm變化到800 mm時,頂板下沉量的減小幅度較大,但當頂錨桿間距從800 mm變化到700 mm時,頂板下沉量變化已不明顯。因此從保證頂板支護質量和減少支護材料消耗以及提高掘進速度的角度考慮,將頂錨桿間距確定為800 mm。

2.2 頂錨桿長度對順槽支護效果的影響

試驗方案如下:1)頂錨桿長度2.0 m,其他參數相同。2)頂錨桿長度2.2 m,其他參數相同。3)頂錨桿長度2.4 m,其他參數相同。4)頂錨桿長度2.6 m,其他參數相同。

由表2可知,隨著錨桿長度的增長,巷道頂板的下沉量顯著減小,尤其是當錨桿長度從2.0 m變化為2.2 m過程中變化幅度較大。巷道兩幫和底板對頂錨桿長度的增加,反應不敏感。因此從巷道支護的可靠性、經濟性角度綜合考慮,選擇頂錨桿長度為2.2m。

表2 圍巖位移量統計表(二) mm

2.3 錨索根數對順槽支護效果的影響

試驗方案如下:

1)0根錨索,其他參數相同。2)1根錨索,其他參數相同。3)2根錨索,其他參數相同。4)3根錨索,其他參數相同。

表3 圍巖位移量統計表(三) mm

由表3可知,隨著頂板錨索根數的增多,巷道頂板的位移量快速減小,說明頂板錨索對于控制頂板的穩定性至關重要,同時頂板錨索對兩幫的穩定性也有一定的控制作用。當錨索根數從2根變為3根時,巷道圍巖位移量趨緩。同時考慮到支護成本的經濟性和滿足一定的掘進速度,確定巷道頂板同排布置2根錨索。

2.4 錨桿排距對順槽支護效果的影響

試驗方案如下:1)錨桿排距1 000 mm,其他參數相同。2)錨桿排距900 mm,其他參數相同。3)錨桿排距 800 mm,其他參數相同。4)錨桿排距700 mm,其他參數相同。

表4 圍巖位移量統計表(四) mm

由表4可知,隨著錨桿排距的減小,巷道圍巖的位移量除去底鼓量無明顯變化外,總體是減小的。錨桿排距從1 000 mm變到800 mm時兩幫和頂板位移量都有較大幅度的減小,而錨桿排距從800mm變到700mm時巷道圍巖位移量卻沒有明顯的改變,因此確定選擇錨桿排距為800 mm。

3 支護方案確定

頂錨桿間距為800 mm;頂錨桿長度為2.2 m;高幫錨桿間距為800 mm;高幫錨桿長度為2.2 m;低幫錨桿長度為2.0 m;巷道頂板與高幫選用直徑為22mm的錨桿,巷道低幫選用直徑為20mm的錨桿;巷道頂板同排布置2根錨索;錨桿排距為800 mm。

4 結語

通過文明礦2-101綜采工作面兩順槽上述支護方式的應用,支護能夠滿足要求,效果良好,確保了礦井安全生產的正常進行,并為下一步支護設計的優化提供了重要的參考依據。構造期間的支護,還需視現場情況予以確定。