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[摘要]針對井下掘進巷道在遭遇陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時采用爆破掘進工效低、人員勞動強度大等問題,結(jié)合常村煤礦東翼膠帶運輸巷揭露的實際地質(zhì)情況,對巷道原有的施工工藝和支護方式存在的問題進行研究分析,制定一系列有針對性的技術(shù)措施,從而提高巷道過陷落柱時的掘進效率,同時支護效果得到明顯改善?,F(xiàn)場試驗結(jié)果表明:采用制定的一系列綜合技術(shù)措施后,巷道掘進日進尺由2m提高到了5m,巷道頂板下沉量<200mm,巷道兩幫移近量<300mm,巷道整體支護效果良好。
[關(guān)鍵詞]陷落柱;錨網(wǎng)支護;壁后注漿;動態(tài)監(jiān)測
1工作面概況
常村煤礦主采煤層為二1煤層,平均煤層厚度5.5m。東翼膠帶運輸巷位于常村煤礦13采區(qū)東翼,巷道地面標高+539.7~+575.9m,井下標高-100~-138m。巷道直接頂為厚度2.98m泥巖,老頂為厚度6.23m大占砂巖;直接底為厚度0.93m砂質(zhì)泥巖,老底為厚度2.29mL8灰?guī)r。該大巷布置在二1煤層中,沿二1煤層頂板施工,巷道施工斷面為直墻斜頂斷面,采用錨桿(索)、金屬網(wǎng)和W鋼帶梁聯(lián)合支護,巷道凈寬5m、凈高3.5m、斷面面積17.5m2。東翼膠帶大巷整體為單斜構(gòu)造,掘進區(qū)域煤層疏松易破碎。根據(jù)礦井地質(zhì)資料顯示,巷道在掘進至1240m處時,將揭露DY30陷落柱,預計陷落柱短軸長40m,長軸長50m,預計巷道在向前施工45m后將會通過該陷落柱。
2原巷道掘進施工過陷落柱存在問題
2.1施工工藝工序存在的問題
礦井原巷道掘進施工采用EBZ-160型懸臂式掘進機進行巷道割煤掘進作業(yè),在巷道掘進施工作業(yè)過程中,若遭遇陷落柱,在巖石硬度系數(shù)≤5時,則使用綜掘機直接截割陷落柱巖石的方式進行掘進;在巖石硬度系數(shù)>5時,綜掘機截割巖石難度較大,容易損壞設備,此時通常采用爆破的方法進行掘進,在工作面迎頭進行打眼裝藥爆破后,采用綜掘機進行出矸。因為EBZ-160綜掘機功率較小,掘進巖石硬度系數(shù)較大的矸石難度大,出矸裝運矸石時容易出現(xiàn)機器卡絆的現(xiàn)象;而且,因為該掘進機作業(yè)時負荷大,長時間運行時容易出現(xiàn)設備油溫過高、油管接頭滲油或者崩裂現(xiàn)象,造成施工效率降低。采用爆破掘進施工時,由于巷道斷面大,施工的炮眼多,且爆破工序及前期準備工作繁多,造成爆破掘進施工進度慢,人員勞動強度大、工效低。因此,在巷道過陷落柱施工時,由于工藝工序復雜、勞動強度增大,所以施工效率降低[1]。
2.2支護方式存在的問題
東翼膠帶運輸巷采用錨網(wǎng)索配W鋼帶梁聯(lián)合支護,其中采用的錨桿為準22mm×2400mm左旋無縱筋錨桿;托盤采用直徑150mm、厚10mm的鋼板制成;鋼筋網(wǎng)采用準6.5mm鋼筋制作,網(wǎng)片規(guī)格1200mm×2000mm,網(wǎng)孔規(guī)格60mm×60mm;采用型號為Z2350和K2350錨固劑,規(guī)格準23mm×500mm,質(zhì)量640g±10g。錨桿布置:巷道頂部布置7根錨桿,頂板兩側(cè)錨桿距肩窩100mm,其余錨桿間距800mm,排距1000mm;幫部布置5~7根錨桿(根據(jù)煤層傾角確定),最頂部錨桿距肩窩100mm,第2根錨桿間距400mm,最下部錨桿距底板不大于100mm,其余錨桿間距800mm,錨桿預緊力矩不低于260N•m。錨索布置:巷道頂部錨索采用準18.9mm×7200mm鋼絞線,呈“4-4”布置,間排距1500mm×800mm;幫部錨索采用準18.9mm×4200mm鋼絞線。每個錨索孔采用1節(jié)K2350型快速樹脂錨固劑和2節(jié)Z2350型中速樹脂錨固劑錨固,托盤規(guī)格為300mm×300mm×16mm,錨索預緊力不低于100kN。巷道支護斷面如圖1所示。在巷道過陷落柱掘進施工期間,由于頂板巖層破碎、整體性差,巷道頂部錨桿(索)錨固力很難達到設計要求,造成頂板錨桿(索)支護效果差,存在較大安全隱患。在巷道施工過程中,為確保巷道支護質(zhì)量合格,保證施工安全,需在原巷道采用錨網(wǎng)索支護的基礎上,在距離掘進巷道迎頭10m位置開始采取架設36U型鋼棚進行加強支護。U型鋼棚巷道凈下寬5600mm,凈高3500mm,棚距800mm,每棚使用3根拉桿,每幫使用3套卡纜,梁腿搭接500mm,空幫空頂處使用背板背實,支護形式如圖2所示。采用U型鋼棚支護時,需人工挖柱窩,抬運U型鋼棚,架棚時需多人配合施工,人員勞動強度大,施工難度大,安全系數(shù)低,且增加了人員力量投入,造成掘進作業(yè)施工工效降低,影響掘進進尺,造成礦井采掘接替緊張。
3過陷落柱掘進工藝優(yōu)化方法
3.1掘進裝備改進優(yōu)化
由于原巷道掘進時采用爆破掘進工藝,該工藝工序多,人員投入多,效率低。為解決該施工工藝難題,需使用大功率機械化裝備代替炮掘工藝來快速過陷落柱。在東翼膠帶運輸大巷安裝使用了EBZ260型巖巷掘進機機組用來掘進割巖,該巖巷掘進機截割和裝載功率高、破巖裝巖能力強,可以截割巖石硬度系數(shù)>5的全巖巷道,對地質(zhì)條件較差的工作面適應能力強。因此,在采用該巖巷掘進機組后,工作面過陷落柱期間,不再對巖石進行爆破,減少了打眼裝藥爆破工序,同時由于該機組裝巖能力強,在掘進迎頭出碴期間,不會出現(xiàn)溜子卡碴現(xiàn)象,從而大大提高掘進施工效率,實現(xiàn)了過陷落柱期間的快速掘進。用來填充巷道巖層裂隙,使巷道圍巖形成一個整體,提高巷道圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,從而提高其承載能力[2]。采取壁后注漿時,分別在距巷道兩幫頂部1m和2m位置各施工1個注漿孔,注漿孔排距為2m,注漿采用525水泥搭配水玻璃攪拌均勻后進行注漿。(4)巷道頂部全錨索支護。當巷道掘進過陷落柱時,若巷道頂板錨桿(索)錨固力達不到設計要求時,采取變更巷道頂板支護方式的措施,即在巷道頂部全部采用錨索支護,不再使用錨桿,采用全錨索支護時,其間排距按照原設計的錨桿間排距進行施工,并采取錨索全長預應力錨固,從而提高巷道頂部錨索的錨固力。(5)巷道噴漿封閉。由于所施工東翼膠帶運輸巷的巷道直接頂為泥巖,在掘進揭露直接頂后,極易出現(xiàn)風化破碎變形,同時因揭露的陷落柱對巷道圍巖結(jié)構(gòu)影響較大,易出現(xiàn)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育。巷道圍巖裂隙內(nèi)容易進入空氣,從而使圍巖深部受空氣影響出現(xiàn)風化變形,導致巷道圍巖變形破壞更快。因此,為防止巷道圍巖出現(xiàn)風化,從距揭露陷落柱20m位置開始對巷道進行全斷面噴漿封閉。噴漿料采用C20混泥土,巷道平均噴漿厚度在50mm左右。(6)加強頂板圍巖動態(tài)礦壓監(jiān)測。從巷道距揭露陷落柱20m位置開始,每間隔20m布置1個礦壓監(jiān)測分站,每個測站在巷道斷面內(nèi)布置3個測點進行測量,其中巷道頂部巷中位置布置1個、巷道兩側(cè)各布置1個(兩側(cè)的測點要求成水平布置)。每個測站安裝MCZ-200、MCZ-300錨桿(索)測力計監(jiān)測錨桿(索)受力狀況,安裝WBY-10頂板離層儀對頂板離層進行監(jiān)測。通過測站實時對巷道圍巖變形進行動態(tài)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)巷道頂板離層變形加大,巷道兩幫位移量增大等情況時,及時組織分析原因,進一步采取補強加固措施。
4實施效果分析
(1)通過在井下現(xiàn)場試驗,采用EBZ260巖巷掘進機組截割巖層過陷落柱時,極大地提高了巷道掘進效率,使巷道掘進日進尺由原來的2m/d提升至5m/d,從而提高了礦井進尺水平,極大地緩解了礦井接替緊張的局面。同時采用掘進機截割,減少了打眼裝藥爆破工序,減少了人員投入,避免了打眼放炮帶來的各種安全隱患。(2)巷道采用全斷面噴漿和壁后注漿措施后,杜絕了巷道表層風化,加固了巷道圍巖結(jié)構(gòu),減少了巷道圍巖的破壞率,巷道頂板得到了有效控制。(3)通過監(jiān)測分站對巷道頂板下沉量和巷幫位移量進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn),巷道頂板下沉量<200mm,巷道兩幫移近量<300mm,巷道整體支護效果良好。
5結(jié)語
在井下巷道掘進過程中遭遇陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時,會極大地影響掘進施工效率,增加勞動強度。通過更換巷道掘進裝備,安裝使用大功率的巖巷掘進機組來直接截割巖石,減少了打眼裝藥爆破工序,大大提高了巷道掘進效率。常村煤礦通過采取“提高巷道頂板護表和支護強度、巷道圍巖壁后注漿加固、巷道頂部全錨索支護、噴漿封閉和圍巖動態(tài)實時監(jiān)測”等綜合技術(shù)措施,有效提高了巷道支護效果,實現(xiàn)了井下掘進巷道安全、高效、快速地通過陷落柱,為礦井今后過陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造提供豐富的經(jīng)驗。
[參考文獻]
[1]馬冠華.巷道掘進過陷落柱支護的優(yōu)化[J].機械管理開發(fā),2020,2(2):38-40.
[2]李杰.掘進巷道過陷落柱安全技術(shù)措施研究[J].山東煤炭科技,2019,4(4):46-47.
作者:郝宏偉 單位:山西煤炭運銷集團簸箕掌煤業(yè)有限責任公司