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前言
孤岛工作面及其周围巷道应力集中程度高,且在临近采空区顶板活跃阶段顶板运动较剧烈,其工作面两巷的布置及支护方式对于安全开采尤其重要。文章以潘津工业煤矿2203孤岛工作面沿空掘巷为施工技术背景,结合该矿的具体生产条件,确定了合理的支护方式和参数,采用锚网索带联合支护设计,制定了行之有效的矿压观测技术保障措施,解决了孤岛工作面的掘进和开采难题,确保巷道服务期间的安全稳定,尽可能减少煤炭资源的损失,为类似条件下的支护设计提供了参考依据。
一、概述
潘津工业煤矿设计生产能力为90万吨/年,目前正在回采首采区22号煤层,该采区为一单翼下山采区,共布置4个采煤工作面,依次为2201、2202、2203、2204综采工作面。2202综采工作面为首采工作面,2204综采工作面为备采工作面,2203综采工作面为22号煤采区唯一一个孤岛工作面,因此掘进期间采取合理有效的支护形式,对减少顶板事故保障安全生产提高资源回收,具有较大实际意义。
二、地质条件及工程概况
22#煤层結构简单,煤层倾角12°~18°,平均15°,煤厚1.96~5.70m,平均煤厚3.9m,属层位稳定的中厚煤层。顶板为粉砂岩、细砂岩,灰色粉砂岩为直接顶板,胶结致密,细砂岩顶板胶结好。底板为粉砂岩,钙泥质胶结,性脆。根据煤层顶、底板岩石物理力学试验测试,天然状态下,煤层顶板单项抗压强度在11.00~34.70Mpa之间,底板在8.60~21.60Mpa之间,饱和状态下,煤层顶板单项抗压强度在0.30~7.50Mpa之间,底板在0.50~12.00Mpa之间。2203采煤工作面上下巷沿煤层顶板布置,埋藏深度为-123m~-242m,工作面走向长度为1200m,倾向长度为100m。北距2202采空区留设煤柱间距为8m,南距2204采煤工作面留设煤柱间距为8m。2203上巷为不规则断面,净宽3400mm,净高2700mm;2203下巷前70m为皮带机头段,不规则断面,净宽4000mm,中心净高2800mm,施工70m之后,变更3400mm依据不规则断面进行施工,净高2600mm。
三、支护技术方案
结合煤矿开采方法要求,沿空掘巷的位置应避开固定支撑压力影响较大的区域,并且要求在采空区上覆岩层垮落稳定之后才能开始掘进。一般情况下掘进与上区段采煤工作面之间的间隔时间不少于3个月,通常为4~6个月,个别情况要求8~10个月,坚硬顶板比软顶板所需间隔时间要长一些。2203上巷开口与2202工作面开采结束间隔为2个月,采空区垮落不稳定。2203下巷开口期间2204综采工作面已安装完毕,预计掘进至600m时与2204综采工作面交汇,该巷道前600m为实体煤掘进。控制围岩变形总体技术思路为:根据围岩情况,采用锚网索带联合支护,并对支护承载结构薄弱部位采取工字钢+预应力锚索加强支护,提高“支护—围岩”承载结构的结构稳定性,从而有效控制巷道围岩的强烈变形,保证巷道长期稳定。顶板支护:采用高强锚杆、预应力锚索、钢带、钢筋网。帮部支护:大部采用普通锚杆、菱形铁丝网。帮部加强支护:当2204综采工作面与2203下巷交汇后对围岩变形区段采用工字钢+预应力锚索联合支护对煤体进行进一步加固,改善巷道的围岩情况,提高岩体的完整性,提高围岩自承载能力。
四、巷道具体支护参数
(一)帮部加强支护参数。锚索梁布置在2203下巷下帮,沿第二根帮部锚杆走向平行布置。帮部锚索梁间距为2000mm。采用一梁一索,长度为500mm。锚索梁采用矿用11号工字钢加工。锚索采用规格为Ф15.20mm的钢绞线加工,长度为3000mm,拉伸强度为1860Mpa,破断负荷为275KN,伸长率Lo≥4.3%,松弛率≤2.5%,每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支,锁具规格为KM15-1860。锚索采用MS15-180型锚索张拉器加压时压力表读数≥31.5MPa。
(二)巷道支护参数。1、顶部支护方式。顶板支护方式为锚网带索。使用规格为Φ20×L2000mm的高强锚杆,每根锚杆使用MSCK2350锚固剂两支。使用LDZ-200型锚杆拉力计测试时,压力表读数≥19MPa。使用扭矩扳手测试高强锚杆时,读数≥150N·m。上巷使用钢带规格为3400×70mm,下巷钢带规格为4200×70mm,采用Φ16mm圆钢双面焊接。锚索沿巷道正中呈三花布置,间距3000mm,距采空区侧帮部均为500mm。锚索采用规格为Ф15.20mm的钢绞线加工,拉伸强度为1860Mpa,破断负荷为275KN,伸长率Lo≥4.3%,松弛率≤2.5%,长度为3000mm,每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支,锁具规格为KM15-1860。锚索采用MS15-180型锚索张拉器加压时压力表读数≥31.5MPa。每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支。顶部挂钢筋网,采用Ф4.5mm钢筋焊接而成,钢筋网规格长×宽为2000×1000mm2、帮部支护方式。两帮支护方式为锚网。锚杆使用规格为Φ16×L1600mm的普通锚杆,每根锚杆使用MSCK2335锚固剂两支。使用LDZ-200型锚杆拉力计检测Φ16×L1600mm普通锚杆时,压力表读数≥14MPa。使用扭矩扳手测试Φ16×L1600mm普通锚杆螺母扭矩时,扭矩力读数≥100N·m。帮部挂钢丝网,钢丝网规格为50000×900mm。
五、设备保障措施
沿采空区掘进巷道时,为减少围岩受爆破震动影响,该工作面上、下顺槽均采用机掘施工工艺,投入EBZ132型悬臂式掘进机进行掘进,有效减少了爆破震动对围岩稳定性的影响。
六、巷道围岩移近量观测分析
巷道掘进期间在2203上、下巷每个100m安装一组LBY-3型顶板离层仪监测顶板岩层分离时所产生位移量,同时在2203下巷每隔50m设置一组移近量监测站,跟踪加强观测围岩及两帮的变形规律。1、2203上巷顶板联合支护形式对顶板控制效果良好,顶板离层值较小,巷道掘进后期2203上巷顶板离层值最大为5mm,随着掘进不断推移,顶板离层值保持6mm的离层值,说明支护方式和支护参数的选择很合理,很好控制了顶板离层,且基本未出现巷道底鼓现象。2、2203下巷巷道掘进后期顶板离层值最大为5mm,随着掘进不断延伸,尤其在2203下巷与2204采煤工作面在600mm左右交汇处,顶板离层量和两帮移近量变化明显,其中顶板离层量最大达57mm,最终控制在57mm。巷道下帮最大移近量在53mm,上帮最大移近量在27mm。3、巷道掘进后2203下巷底鼓量很大,最终巷道底鼓量达300mm,顶、底变形主要以巷道底鼓为主。
七、结语
通过掘进期间围岩变形情况得出,巷道掘进在与回采工作面交汇前,必须采取措施加强支护方可加强顶板及两帮管理。对2203孤岛工作面通过采用基本锚网索带,特殊地段采用帮部锚索梁支护技术,有效的增加了巷道围岩强度,提高了承载结构性能,矿压观测数据观测表明,巷道顶、底板及两帮变形均得到良好的控制,完全满足回采需要。
孤岛工作面及其周围巷道应力集中程度高,且在临近采空区顶板活跃阶段顶板运动较剧烈,其工作面两巷的布置及支护方式对于安全开采尤其重要。文章以潘津工业煤矿2203孤岛工作面沿空掘巷为施工技术背景,结合该矿的具体生产条件,确定了合理的支护方式和参数,采用锚网索带联合支护设计,制定了行之有效的矿压观测技术保障措施,解决了孤岛工作面的掘进和开采难题,确保巷道服务期间的安全稳定,尽可能减少煤炭资源的损失,为类似条件下的支护设计提供了参考依据。
一、概述
潘津工业煤矿设计生产能力为90万吨/年,目前正在回采首采区22号煤层,该采区为一单翼下山采区,共布置4个采煤工作面,依次为2201、2202、2203、2204综采工作面。2202综采工作面为首采工作面,2204综采工作面为备采工作面,2203综采工作面为22号煤采区唯一一个孤岛工作面,因此掘进期间采取合理有效的支护形式,对减少顶板事故保障安全生产提高资源回收,具有较大实际意义。
二、地质条件及工程概况
22#煤层結构简单,煤层倾角12°~18°,平均15°,煤厚1.96~5.70m,平均煤厚3.9m,属层位稳定的中厚煤层。顶板为粉砂岩、细砂岩,灰色粉砂岩为直接顶板,胶结致密,细砂岩顶板胶结好。底板为粉砂岩,钙泥质胶结,性脆。根据煤层顶、底板岩石物理力学试验测试,天然状态下,煤层顶板单项抗压强度在11.00~34.70Mpa之间,底板在8.60~21.60Mpa之间,饱和状态下,煤层顶板单项抗压强度在0.30~7.50Mpa之间,底板在0.50~12.00Mpa之间。2203采煤工作面上下巷沿煤层顶板布置,埋藏深度为-123m~-242m,工作面走向长度为1200m,倾向长度为100m。北距2202采空区留设煤柱间距为8m,南距2204采煤工作面留设煤柱间距为8m。2203上巷为不规则断面,净宽3400mm,净高2700mm;2203下巷前70m为皮带机头段,不规则断面,净宽4000mm,中心净高2800mm,施工70m之后,变更3400mm依据不规则断面进行施工,净高2600mm。
三、支护技术方案
结合煤矿开采方法要求,沿空掘巷的位置应避开固定支撑压力影响较大的区域,并且要求在采空区上覆岩层垮落稳定之后才能开始掘进。一般情况下掘进与上区段采煤工作面之间的间隔时间不少于3个月,通常为4~6个月,个别情况要求8~10个月,坚硬顶板比软顶板所需间隔时间要长一些。2203上巷开口与2202工作面开采结束间隔为2个月,采空区垮落不稳定。2203下巷开口期间2204综采工作面已安装完毕,预计掘进至600m时与2204综采工作面交汇,该巷道前600m为实体煤掘进。控制围岩变形总体技术思路为:根据围岩情况,采用锚网索带联合支护,并对支护承载结构薄弱部位采取工字钢+预应力锚索加强支护,提高“支护—围岩”承载结构的结构稳定性,从而有效控制巷道围岩的强烈变形,保证巷道长期稳定。顶板支护:采用高强锚杆、预应力锚索、钢带、钢筋网。帮部支护:大部采用普通锚杆、菱形铁丝网。帮部加强支护:当2204综采工作面与2203下巷交汇后对围岩变形区段采用工字钢+预应力锚索联合支护对煤体进行进一步加固,改善巷道的围岩情况,提高岩体的完整性,提高围岩自承载能力。
四、巷道具体支护参数
(一)帮部加强支护参数。锚索梁布置在2203下巷下帮,沿第二根帮部锚杆走向平行布置。帮部锚索梁间距为2000mm。采用一梁一索,长度为500mm。锚索梁采用矿用11号工字钢加工。锚索采用规格为Ф15.20mm的钢绞线加工,长度为3000mm,拉伸强度为1860Mpa,破断负荷为275KN,伸长率Lo≥4.3%,松弛率≤2.5%,每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支,锁具规格为KM15-1860。锚索采用MS15-180型锚索张拉器加压时压力表读数≥31.5MPa。
(二)巷道支护参数。1、顶部支护方式。顶板支护方式为锚网带索。使用规格为Φ20×L2000mm的高强锚杆,每根锚杆使用MSCK2350锚固剂两支。使用LDZ-200型锚杆拉力计测试时,压力表读数≥19MPa。使用扭矩扳手测试高强锚杆时,读数≥150N·m。上巷使用钢带规格为3400×70mm,下巷钢带规格为4200×70mm,采用Φ16mm圆钢双面焊接。锚索沿巷道正中呈三花布置,间距3000mm,距采空区侧帮部均为500mm。锚索采用规格为Ф15.20mm的钢绞线加工,拉伸强度为1860Mpa,破断负荷为275KN,伸长率Lo≥4.3%,松弛率≤2.5%,长度为3000mm,每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支,锁具规格为KM15-1860。锚索采用MS15-180型锚索张拉器加压时压力表读数≥31.5MPa。每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支。顶部挂钢筋网,采用Ф4.5mm钢筋焊接而成,钢筋网规格长×宽为2000×1000mm2、帮部支护方式。两帮支护方式为锚网。锚杆使用规格为Φ16×L1600mm的普通锚杆,每根锚杆使用MSCK2335锚固剂两支。使用LDZ-200型锚杆拉力计检测Φ16×L1600mm普通锚杆时,压力表读数≥14MPa。使用扭矩扳手测试Φ16×L1600mm普通锚杆螺母扭矩时,扭矩力读数≥100N·m。帮部挂钢丝网,钢丝网规格为50000×900mm。
五、设备保障措施
沿采空区掘进巷道时,为减少围岩受爆破震动影响,该工作面上、下顺槽均采用机掘施工工艺,投入EBZ132型悬臂式掘进机进行掘进,有效减少了爆破震动对围岩稳定性的影响。
六、巷道围岩移近量观测分析
巷道掘进期间在2203上、下巷每个100m安装一组LBY-3型顶板离层仪监测顶板岩层分离时所产生位移量,同时在2203下巷每隔50m设置一组移近量监测站,跟踪加强观测围岩及两帮的变形规律。1、2203上巷顶板联合支护形式对顶板控制效果良好,顶板离层值较小,巷道掘进后期2203上巷顶板离层值最大为5mm,随着掘进不断推移,顶板离层值保持6mm的离层值,说明支护方式和支护参数的选择很合理,很好控制了顶板离层,且基本未出现巷道底鼓现象。2、2203下巷巷道掘进后期顶板离层值最大为5mm,随着掘进不断延伸,尤其在2203下巷与2204采煤工作面在600mm左右交汇处,顶板离层量和两帮移近量变化明显,其中顶板离层量最大达57mm,最终控制在57mm。巷道下帮最大移近量在53mm,上帮最大移近量在27mm。3、巷道掘进后2203下巷底鼓量很大,最终巷道底鼓量达300mm,顶、底变形主要以巷道底鼓为主。
七、结语
通过掘进期间围岩变形情况得出,巷道掘进在与回采工作面交汇前,必须采取措施加强支护方可加强顶板及两帮管理。对2203孤岛工作面通过采用基本锚网索带,特殊地段采用帮部锚索梁支护技术,有效的增加了巷道围岩强度,提高了承载结构性能,矿压观测数据观测表明,巷道顶、底板及两帮变形均得到良好的控制,完全满足回采需要。