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复合支护技术在开切眼支护中的应用

热度0票  浏览2次 时间:2020年9月10日 14:47
  王晓发 / 新疆沙湾县恒源煤炭有限责任公司
  摘 要:8207 工作面在开采时由于开切眼断面较大,遇到了围岩失稳、刚度小、易变形破坏等难题。基于此,经分析研究,采取了联合支护和分次成巷的技术方案,后经实际开采验证,该技术方案有效地解决了 8207 工作面开采技术难题,很好地控制了围岩矿压和变形,保障了开采的顺利进行。
  关键词:围岩失稳;分次成巷;联合支护;大断面一、工程地质概况
  某矿 8207 工作面以开采 3# 到 5# 的石炭系煤层为主,所开采煤层的厚度从 15m 到 25m 左右,均厚为 15.27m;8207 工作面倾斜长度有 200m,走向全长约为 1300m;厚度 3.8m 的炭质和砂纸的泥岩构成了工作面的直接顶;直接底的厚度有2.68m,由高岭岩组成。老顶的厚度为 5.22m,由含砂粗砾岩所组成;8207 工作面的切眼巷净高度为 9.1m(铺地后),净宽度则为 9.1m。支护采用的是联合支护方式 , 即采用液压支柱配合以钢托板、工字钢、木垛、锚索、锚网。
  二、影响因素
  造成大断面开切眼发生变形破坏的主要因素有施工技术、断面宽度和煤层的厚度以及支护技术等方面。
  2.1 施工技术
  大断面开切眼的开采需要较高的施工技术。开采大断面开切眼时如采用一次成巷技术需要特别注重控制顶板的下沉和围岩变形。选用二次成巷技术则特别需要关注后扩帮部分和初次掘巷与的截面尺寸的协调,以确保两个断面顶部的平整度使工字钢可以较好地接顶,除此之外最重要的是确保开采安全,避免事故发生。
  2.2 断面宽度及煤层厚度
  板悬空距离,使顶板梁结构有较大的弯沉值和变形,容易产生失稳现象,导致顶板浅层煤层出现裂缝和破坏,而且随着断面宽度的增大,表层裂纹会向深层煤岩扩展,使煤岩失去承载能力。
  除了断面宽度,煤层的厚度也是影响围岩承载能力的重要因素。较厚的煤层厚度,会增大顶板围岩的塑性区域,由于裂缝扩展和应力集中,会发生煤体失稳和破坏现象,难以形成稳定的承载结构。
  2.3 支护技术
  普通的支护技术对于大断面开切眼难以起到多方位、有效的围岩控制,致使巷道的围岩变形严重,更为严重者则威胁整个巷道的安全使用。
  三、支护方案
  3.1 切眼的布置和施工
  8207 工作面大断面切眼采取分层成巷的掘进技术,首先以 5.5m 的掘进宽度从采空区側进行掘进,接着在工作面侧刷成 9m 左右的全断面。并且分层成巷的两个过程必须保证顶板的平整度,以便于工字钢的接顶可靠严实。同时施工班组还要做好各项施工记录,对支护实行编码管理,责任到人,做好现场施工管控。如果遇到围岩失稳和支护问题及时向上级有关领导汇报,及时采取对策和方案,确保施工安全和进度。
  3.2 支护方案
  8207 大断面开切眼支护采用的是联合支护方式,即采用液压支柱配合以钢托板、工字钢、木垛、锚索、锚网。
  1)顶板支护设计。
  在初掘小断面切眼时采用的是联合支护方式 , 即采用液压支柱配合以钢托板、工字钢、木垛、锚杆、组合锚索、锚网。
  锚杆选取的是左旋螺纹钢,直径 2cm,长度为 3.1m;钢托板呈拱形并可以调心 ; 顶护网所选用的是圆钢网,直径为0.6cm,网格边长为 10cm。锚杆与锚杆间的排距为 0.8m,锚杆要达到预紧力要求即 150KN,且锚杆外露的长度也要在规定范围以内,外露不能过长,外露过长将影响锚固强度和效果。
  锚索的尺寸规格为长度 8.4m,直径为 1.78cm,一梁三锚。
  选用矿用 12# 工字钢,长度为 5m,工字钢的孔间距为 1.8m。
  为了实现接顶,采取工字钢和锚索组合支护。支护必须做到安全及时,长工字钢梁不能达到完全接顶时,可以选取直径为 1.78cm 的锚索吊挂矿用短工字钢梁,排距布置为 1.6m 以实现接顶操作。
  组合锚索中 1# 锚索的长度为 10.3m,直径为 1.78cm;2#、3#、4#、5# 锚索长度则为 6.3m,直径和 1# 锚索一样为1.78cm;钢托板呈矩形,其宽度和厚度都为 0.6m,一个组和锚索布置在 4 排锚杆中间,排距则为 3.2m。
  采用同 DW-45 单体液压支架,辅助以长度为 1.2m 的铰接顶梁。当采空区初掘小切眼顺利到位时,掘进机开始后退的时候即进行前两行的单体液压支架支护,液压支架必须支护到位,防止倾倒、坠落。
  分层掘进时当初掘小切眼刷为全断面切眼时,采取和初掘小切眼相同的支护方式来支护顶板,并配合以木垛联合支护。其中的工字钢依然为矿用 12# 工字钢,总长度达 4.5m,工字钢的孔距布置为 1,6m,木垛由方松木支设其长、宽、高,尺寸分别为 0.2m、0.2m、1.2m。
  2)采空区側帮支护。
  锚网支护被广泛应用到初掘小切眼的采空区侧帮。选取圆钢网,直径为 6mm,网格为边长为 10cm;锚杆采用左旋螺纹钢,其长度为 2.5m,直径为 1.8cm,和钢带托板配合使用。
  3)工作面侧帮支护
  选取玻璃钢护板、高强度塑料网以及玻璃钢锚栓杆对工作面侧帮进行联合支护。玻璃钢锚栓杆的长度为 2.5m,直径则为 2cm,其间排距为 0.9m,顶板距离最上层的锚栓杆端部的距离为 0.45m,从上到下依次布置 4 排锚杆。
  结论
  (1)选取分层成巷技术方案开挖大断面切眼,可以有效的减缓围岩的变形和扰动,顶板悬空距离较小,并且在掘进时可以做到及时支护,确保安全开采。
  (2)通过采用联合支护方式 , 即采用液压支柱配合以钢托板、工字钢、木垛、锚索、锚网的方式,可以起到多方位、有效的围岩控制,减小围岩的变形破坏, 保证顶板围岩的稳定性。
  (3)通过现场传送的监测结果,最终切眼两帮移近量约到 250mm,顶板下沉量则稳定在 330mm 左右,均未超出安全范围,可见 8207 大断面切眼采取分层成巷和联合支护技术方案后达到很好的控制围岩的效果,很好的解决了大断面切眼的支护难题,保证了开采的顺利进行。
  作者简介:王晓发(1964-),男,甘肃平凉人,助理工程师,现任新疆沙湾县恒源煤炭有限责任公司安全副矿长。



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