綜采工作面切眼及其煤層頂板施工研究

摘 要:隨著高產(chǎn)高效綜采面的推廣應(yīng)用，大斷面煤巷尤其是軟巖頂板巷道很難維護(hù)。針對(duì)綜采工作面切眼及其煤層頂板施工問(wèn)題，確立錨梁網(wǎng)錨桿支護(hù)技術(shù)參數(shù)，集中布置放水孔技術(shù)對(duì)策，可以有效解決在粉砂質(zhì)泥巖頂板和局部富水條件下的大斷面切眼的圍巖控制問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:綜采;工作面切眼;煤層頂板;施工研究

中圖分類(lèi)號(hào):TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):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(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。綜采工作面直接頂板為粉砂質(zhì)泥巖，其上賦砂巖巖層為弱含水層，受采動(dòng)影響易形成砂巖裂隙水侵蝕粉砂質(zhì)泥巖頂板。綜采開(kāi)切眼大斷面采用錨桿支護(hù)替代木抬棚支護(hù)優(yōu)越性明顯。技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，施工速度加快，采面的準(zhǔn)備時(shí)間縮短，便于設(shè)備安裝，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕。巷道施工安全可靠，成本降低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，該類(lèi)粉砂質(zhì)泥巖頂板遇水后易發(fā)生崩解軟化，失水后又變得易破碎，強(qiáng)度弱化明顯，給巷道圍巖控制帶來(lái)了很大困難。

1 工程概況與支護(hù)對(duì)策

31200工作面切眼直接頂板為粉砂質(zhì)泥巖，在無(wú)水的情況下支護(hù)狀況尚好，遇水后則頂板巖石強(qiáng)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(dǎo)致錨桿徑向錨固作用失效，引發(fā)頂板垮冒事故。為了查明工作面切眼粉砂質(zhì)泥巖頂板遇水失穩(wěn)的原因，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)切眼頂板粉砂質(zhì)泥巖進(jìn)行了粘土相對(duì)定量分析—X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)。隨著高產(chǎn)高效綜采面的推廣應(yīng)用，大斷面煤巷尤其是軟巖頂板巷道很難維護(hù)。按照標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行對(duì)照分析鑒定，確定樣品的物質(zhì)組成。分析結(jié)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(zhǎng)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(hù)設(shè)計(jì)前，要采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、井下監(jiān)測(cè)和信息反饋及日常監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查內(nèi)容包括圍巖強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力及錨固性能測(cè)試等。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評(píng)估和圍巖分類(lèi)，為設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)。設(shè)計(jì)采用數(shù)值計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行，根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定出比較合理的設(shè)計(jì)方案。并在井下實(shí)施，并且要進(jìn)行詳細(xì)的圍巖位移和錨桿受力監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證或修正設(shè)計(jì)。切眼頂板為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，巖層中膨脹性礦物含量高，巖層強(qiáng)度低，抗水浸和抗風(fēng)化能力差，易軟化;抗壓及抗變形能力差，巖石堅(jiān)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(qiáng)，強(qiáng)度降低;地下水還會(huì)使巖石或裂隙間的摩擦因數(shù)和變形模量減小，對(duì)巖體不連續(xù)面起潤(rùn)滑作用，降低了巖體強(qiáng)度。由以上分析可知，要解決粉砂質(zhì)泥巖頂板和局部富水條件下的大斷面切眼的圍巖控制問(wèn)題，必須要保證合理的錨桿預(yù)緊力、合理的錨桿支護(hù)強(qiáng)度以及做好頂板巖層的保水控制，這是支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵所在。根據(jù)圍巖情況和采用錨桿支護(hù)后再進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)計(jì)頂板變形不大，因?qū)儆趩我幻簩娱_(kāi)采，切眼內(nèi)礦山壓力無(wú)明顯顯現(xiàn)，圍巖變形量不大，頂板變形量最大不超過(guò)3mm。在頂板支護(hù)后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，兩幫由于有錨網(wǎng)支護(hù)且配有支柱及大拌背幫，也不存在片幫現(xiàn)象，較傳統(tǒng)支護(hù)在頂板控制方面具有很大優(yōu)越性?？紤]到工作面切眼跨度大，頂板遇水后強(qiáng)度降低，并伴有軟化、崩解、剝落現(xiàn)象，單一的支護(hù)形式難以有效保證巷道穩(wěn)定。故確定以錨、網(wǎng)、噴、索配合鋼帶的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)為主，局部富水地帶輔以注漿加固、小孔徑錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)和集中布置放水孔的組合支護(hù)技術(shù)方案。

2 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

31200東藝深部軌巷、皮帶巷施工范圍內(nèi)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(xì)砂巖，巷道施工設(shè)計(jì)采用為凈寬ⅹ凈高=3.0mⅹ2..2m的矩形斷面，巷道設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)，巷道頂部采用4根錨桿，間距ⅹ排距=700ⅹ900mm，用LⅹФ=2200ⅹ18mm的等強(qiáng)螺紋鋼，每根錨桿錨注K2535型樹(shù)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(zhǎng)=140ⅹ3ⅹ2800mm的w型鋼帶，巷道頂部每3m打設(shè)一組錨索(每組2根，間距1.2m)，錨索采用LⅹФ=6000ⅹ15.24mm的鋼絞線(xiàn)，每根注K=2535型樹(shù)脂藥卷3塊，錨固力不小于200KN，頂幫均壓網(wǎng)孔規(guī)格為60ⅹ60mm的8#冷拔絲經(jīng)緯網(wǎng)。煤層頂板為粉砂質(zhì)泥巖，頂板破碎易冒落，煤層易片幫;煤層底板以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，局部較堅(jiān)硬。在31200工作面切眼的施工過(guò)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(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等措施。錨桿支護(hù)形成壓縮圈厚度小松動(dòng)圈厚度時(shí)，錨桿支護(hù)懸吊作用減弱，頂板會(huì)離層脫落。再采用預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)加固，錨索長(zhǎng)度大、預(yù)應(yīng)力高、快速承載能力強(qiáng)，形成壓縮圈厚度大，較大預(yù)應(yīng)力作用下，上部穩(wěn)定巖層下部組成巖層梁再組合起，每根錨索周?chē)纬蓧嚎s區(qū)域彼重疊，復(fù)合頂板中形成個(gè)厚度更大均勻連續(xù)壓縮帶，各巖層面互相擠壓，層面摩擦大大增加，使復(fù)合頂板形成拱梁，從而效提高頂板整體性、穩(wěn)定性，加強(qiáng)頂板承能力。

3 支護(hù)效果評(píng)價(jià)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

為了掌握綜采面切眼的圍巖控制效果，在掘進(jìn)過(guò)程中布置測(cè)站，通過(guò)巷道表面位移的測(cè)量監(jiān)測(cè)圍巖的穩(wěn)定狀況。針對(duì)綜采工作面切眼及其煤層頂板施工問(wèn)題，確立錨梁網(wǎng)錨桿支護(hù)技術(shù)參數(shù)，集中布置放水孔技術(shù)對(duì)策，可以有效解決在粉砂質(zhì)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(wèn)題。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，綜采面切眼在采用錨、網(wǎng)、噴、索配合鋼帶等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，巷道圍巖變形速度較快;頂板離層儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，頂板的松動(dòng)離層變化也較小，巷道整體支護(hù)效果較好。綜采面切眼在采取錨、網(wǎng)、噴、索配合鋼帶等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，與傳統(tǒng)的鋼棚支護(hù)相比取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益:減少了巷道支護(hù)的材料、維護(hù)等費(fèi)用，節(jié)約成本;縮短了切眼的施工工期，切眼空間增大，綜采設(shè)備的運(yùn)輸、安裝速度得到明顯提升，利于礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。改善了巷道的圍巖狀況，通過(guò)集中布置放水孔、小孔徑錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等措施減弱地下水對(duì)切眼粉砂質(zhì)泥巖頂板的弱化作用，增強(qiáng)了巷道的穩(wěn)定性，有效保障現(xiàn)場(chǎng)工人的施工安全。在分析泥巖頂板遇水失穩(wěn)影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合31200綜采面切眼跨度大的特點(diǎn)，確定了以錨、網(wǎng)、噴、索配合鋼帶的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)為主，局部富水地帶輔以注漿加固、小孔徑錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)和集中布置放水孔的組合支護(hù)技術(shù)方案;通過(guò)對(duì)煤礦31200工作面的地質(zhì)條件和切眼頂板巖樣的X-射線(xiàn)衍射分析可知:切眼跨度大、頂板粉砂質(zhì)泥巖中膨脹性礦物含量高、地下水以及工程擾動(dòng)等因素是導(dǎo)致頂板遇水失穩(wěn)，強(qiáng)度降低、破碎、難支護(hù)的主要原因。

4 結(jié)論

對(duì)綜采工作面切眼使用采煤機(jī)擴(kuò)面的技術(shù)應(yīng)用綜合分析，表明此施工形式比使用掘進(jìn)機(jī)擴(kuò)面在技術(shù)上是先進(jìn)的，經(jīng)濟(jì)上是合理的，安全上是可靠的。在工作面切眼進(jìn)行試驗(yàn)獲得成功，證明對(duì)綜采工作面切眼擴(kuò)面的施工工藝有一定的借鑒作用。全部實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤，每個(gè)工作面都要進(jìn)行切眼擴(kuò)面，因此使用采煤機(jī)擴(kuò)面取得了較好的技術(shù)效益。實(shí)踐表明，采用錨、網(wǎng)、噴、索配合鋼帶的錨桿支護(hù)技術(shù)，成功控制了大斷面切眼粉砂質(zhì)泥巖頂板難以維護(hù)的技術(shù)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(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

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