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摘 要:随着开采设备的逐步升级,一次性回采的高度越来越大,谢桥矿1161(3)工作面安装选用支架型号:ZY10800/60/65,该支架底座寬1.75m,高3.5m,最大采高达6.5m,为满足支架安装需要,1161(3)工作面切眼设计为矩形断面,净宽8.8m,净高4.0m。本文分析针对谢桥矿1161⑶大采高工作面切眼支护问题提出了一套掘进支护技术方案,并通过施工取得了成功的经验。实践证明,通过高强锚杆锚索和密集挑棚、木垛联合强化支护技术是控制深井复合顶板条件下大采高工作面切眼巷道围岩变形的有效措施,为同类型切眼施工提供了很好借鉴作用。
关键词:复合顶板大采高高强锚杆锚索密集挑棚木垛
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0121-02
1 地质概况
谢桥矿1161⑶工作面标高-640m～-720m,位于东翼13-1煤层采区东翼六阶段,工作面西至东一C组采区回风下山,东至-720m东二13-1采区轨道石门,北至1151⑶运输顺槽,南至-720m煤层底板等高线;北边1151⑶工作面已于2004年10月收作,1161⑶底抽巷和顶板抽采巷已施工完毕,-720m以下13-1煤尚未开采。该工作面走向长度1932m,倾斜长度205m。
13-1煤层产状185°～200°∠10～15°,平均厚度5.53m,煤层结构0.43(0.3)3.6(0.4) 0.8m,煤层为黑色,以粉末状为主,含较多颗粒及少量块状,属半暗半亮型,煤层倾角10°～15°,平均倾角12°。煤层老顶为中砂岩,厚度为5.47m,颜色为灰白色,主要为石英,长石次之,硅质13-2煤,厚度为4.56m,泥岩为深灰色,泥质结构,含较多植化碎片,见滑面,易碎;13-2煤局部相变为炭质泥岩。直接底为深灰色泥岩,厚度为2.65m,泥岩结构、块状构造,含植物根茎化石。
2 巷道维护特点
(1)巷道埋藏深(-642m～-680m),地压大,属于典型的深井高低压巷道。
(2)13-1煤层顶板为复合顶板,由泥岩或泥岩和13-2煤层组成,其中13-2煤层厚度不稳定,锚杆锚固基础不能可靠保证,支护难度极大。
(3)受切眼东边Fs205断层及分支断层影响较大,煤体、顶板较破碎。
(4)位于断层附近,距断层最近7m,且切眼附近硐室多,处于应力集中区。
(5)采用S150综掘机掘进,分步施工分次支护。
3 切眼支护参数设计
3.1 支护参数的确定原则
煤巷锚杆支护技术的发展已经不再单纯强调锚杆的强度,大量现场实际事故表明,仅有锚杆的强度是远远不能保证巷道的支护效果。如果锚杆不能与围岩形成协调统一的承载共同体,不能有效调动围岩自身的承载能力,锚杆就基本不起作用或其性能就不能充分发挥出来,将随围岩的离层垮落一并下落,即发生锚杆完好无损而巷道结构失稳垮冒的现象。因此,就必须想办法调动围岩的承载能力,使施工锚索后的围岩强度提高,形成具有一定强度、刚度的梁板结构,从而有力维护巷道的稳定性,锚索除具有普通锚杆的悬吊作用、组合梁作用、加固作用、楔固作用外,与普通锚杆不同的悬吊作用对顶板进行深部锚固而产生强力悬吊作用,并且沿巷道纵轴线形成连续强支撑点,以大的预紧力减缓顶板下沉,同时通过二次密集挑棚、木垛施工加强巷道整体稳定性。因此,以高强锚杆为基础以高预紧力为核心的深部巷道支护参数的确定原则为:(1)高预应力(杆体屈服载荷的30%～50%)、加长或全长锚固;(2)预应力扩散,增大护表构件的刚度和强度;(3)临界支护强度、刚度概念,不能低于临界值;(4)高强度、高刚度、高可靠性;(5)联合支护,先期锚杆锚索主动支护,后期密集挑棚、木垛加强支护。
3.2 确定巷道断面
1161⑶工作面为大采高工作面,选用液压支架:ZY10800/60/65,为保证巷道能满足通风、支架安装等安全生产需要,切眼设计断面为矩形,净宽×净高=8.8m×4.0m。
3.3 具体支护参数
3.3.1 锚网索支护参数,如图1所示
（1）切眼导硐支护参数:顶板采用4800mm长的M5型钢带、10#—1000mm×5300mm的菱形金属网和φ22mm×2500mm的锚杆支护,锚杆间排距为900mm×800mm;老塘帮采用2700mm长的M3型钢带、10#—1000mm×3000mm的菱形金属网和φ20mm×2000mm的锚杆支护,锚杆间排距为800mm×800mm;扩面帮采用200mm×2300mm长的皮带锚条、10#—1000mm×3000mm的菱形金属网和φ18mm×1600mm的锚杆支护,锚杆间排距为1000mm×800mm。同时在巷道顶板按“…5555…”型式布置Φ22×7400mm锚索,锚索间排距1100×800mm,每排锚索配一根4.8m长锚索梁,锁具与锚索梁间加δ16×80×200mm钢垫板。
（2）切眼扩面支护参数:顶部采用3900mm长的M5型钢带、10#—1000mm×4500mm的菱形金属网和φ22mm×2500mm的锚杆支护,锚杆间排距为900mm×800mm;扩面后帮采用2700mm长的M3型钢带、10#—1000mm×3000mm的菱形金属网和φ20mm×2000mm的锚杆支护,锚杆间排距为800mm×800mm;在巷道顶板按“…3333…”型式布置Φ22×7400mm锚索,锚索间排距1400×800mm,每排锚索配一根3.2m长Ω锚索梁,锁具与锚索梁间加δ16×80×200mm钢垫板(如图1）。
3.3.2 挑棚、木垛加强支护参数
(1)挑棚:扩面前,距老塘帮2.7m、3.5m、4.2m处各打一排单体挑棚;扩面巷每进够4.5m,距老塘帮5.1m、6.0m处随扩随挑,打二排工字钢单体挑棚。挑梁为4.5m长的11#工字钢,一梁4柱,柱腿均使用DW45-200/110LX型单体支柱。
(2)木垛:导硐、扩面巷内木垛交替迈步布置,木垛中对中间距10m,木垛采用φ200×160×3000mm及φ200×160×1800mm双面扒皮料,沿巷道走向布置2根3000mm长双面扒皮料,中对中间距1.2m,横向布置3根1800mm双面扒皮料,中对中间距1000mm。
4 施工组织方案
由于切眼较宽8.8m,采用S150综掘机施工无法一次成巷,施工采用分步施工法,先导硐施工净宽5.0m,净高3.0m,后扩面净宽3.8m,净高3.0m,然后通过卧底达4.0m高度。
5 支护效果
1161⑶大采高工作面切眼自2010年7月施工结束,硐室掘进50天后围岩变形趋于稳定,支护方案达到预期的目标,控制变形效果较好,为工作面支架安装打下了良好的基础。
6 结语
（1）大断面巷道综掘机掘进,分步施工分次支护是解决掘进支护施工困难的一种有效措施。
（2）谢桥矿大采高工作面切眼掘进支护实践证明,高强锚杆锚索与挑棚、木垛联合强化支护技术是控制深井复合顶板大跨度切眼巷道围岩变形的有效方法。
（3）支护方案达到了预期的目标,切眼支护效果良好,两帮及顶板围岩位移得到很好的控制,满足安全生产要求,给同类切眼掘进支护提供很好的参考价值。
关键词:复合顶板大采高高强锚杆锚索密集挑棚木垛
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0121-02
1 地质概况
谢桥矿1161⑶工作面标高-640m～-720m,位于东翼13-1煤层采区东翼六阶段,工作面西至东一C组采区回风下山,东至-720m东二13-1采区轨道石门,北至1151⑶运输顺槽,南至-720m煤层底板等高线;北边1151⑶工作面已于2004年10月收作,1161⑶底抽巷和顶板抽采巷已施工完毕,-720m以下13-1煤尚未开采。该工作面走向长度1932m,倾斜长度205m。
13-1煤层产状185°～200°∠10～15°,平均厚度5.53m,煤层结构0.43(0.3)3.6(0.4) 0.8m,煤层为黑色,以粉末状为主,含较多颗粒及少量块状,属半暗半亮型,煤层倾角10°～15°,平均倾角12°。煤层老顶为中砂岩,厚度为5.47m,颜色为灰白色,主要为石英,长石次之,硅质13-2煤,厚度为4.56m,泥岩为深灰色,泥质结构,含较多植化碎片,见滑面,易碎;13-2煤局部相变为炭质泥岩。直接底为深灰色泥岩,厚度为2.65m,泥岩结构、块状构造,含植物根茎化石。
2 巷道维护特点
(1)巷道埋藏深(-642m～-680m),地压大,属于典型的深井高低压巷道。
(2)13-1煤层顶板为复合顶板,由泥岩或泥岩和13-2煤层组成,其中13-2煤层厚度不稳定,锚杆锚固基础不能可靠保证,支护难度极大。
(3)受切眼东边Fs205断层及分支断层影响较大,煤体、顶板较破碎。
(4)位于断层附近,距断层最近7m,且切眼附近硐室多,处于应力集中区。
(5)采用S150综掘机掘进,分步施工分次支护。
3 切眼支护参数设计
3.1 支护参数的确定原则
煤巷锚杆支护技术的发展已经不再单纯强调锚杆的强度,大量现场实际事故表明,仅有锚杆的强度是远远不能保证巷道的支护效果。如果锚杆不能与围岩形成协调统一的承载共同体,不能有效调动围岩自身的承载能力,锚杆就基本不起作用或其性能就不能充分发挥出来,将随围岩的离层垮落一并下落,即发生锚杆完好无损而巷道结构失稳垮冒的现象。因此,就必须想办法调动围岩的承载能力,使施工锚索后的围岩强度提高,形成具有一定强度、刚度的梁板结构,从而有力维护巷道的稳定性,锚索除具有普通锚杆的悬吊作用、组合梁作用、加固作用、楔固作用外,与普通锚杆不同的悬吊作用对顶板进行深部锚固而产生强力悬吊作用,并且沿巷道纵轴线形成连续强支撑点,以大的预紧力减缓顶板下沉,同时通过二次密集挑棚、木垛施工加强巷道整体稳定性。因此,以高强锚杆为基础以高预紧力为核心的深部巷道支护参数的确定原则为:(1)高预应力(杆体屈服载荷的30%～50%)、加长或全长锚固;(2)预应力扩散,增大护表构件的刚度和强度;(3)临界支护强度、刚度概念,不能低于临界值;(4)高强度、高刚度、高可靠性;(5)联合支护,先期锚杆锚索主动支护,后期密集挑棚、木垛加强支护。
3.2 确定巷道断面
1161⑶工作面为大采高工作面,选用液压支架:ZY10800/60/65,为保证巷道能满足通风、支架安装等安全生产需要,切眼设计断面为矩形,净宽×净高=8.8m×4.0m。
3.3 具体支护参数
3.3.1 锚网索支护参数,如图1所示
（1）切眼导硐支护参数:顶板采用4800mm长的M5型钢带、10#—1000mm×5300mm的菱形金属网和φ22mm×2500mm的锚杆支护,锚杆间排距为900mm×800mm;老塘帮采用2700mm长的M3型钢带、10#—1000mm×3000mm的菱形金属网和φ20mm×2000mm的锚杆支护,锚杆间排距为800mm×800mm;扩面帮采用200mm×2300mm长的皮带锚条、10#—1000mm×3000mm的菱形金属网和φ18mm×1600mm的锚杆支护,锚杆间排距为1000mm×800mm。同时在巷道顶板按“…5555…”型式布置Φ22×7400mm锚索,锚索间排距1100×800mm,每排锚索配一根4.8m长锚索梁,锁具与锚索梁间加δ16×80×200mm钢垫板。
（2）切眼扩面支护参数:顶部采用3900mm长的M5型钢带、10#—1000mm×4500mm的菱形金属网和φ22mm×2500mm的锚杆支护,锚杆间排距为900mm×800mm;扩面后帮采用2700mm长的M3型钢带、10#—1000mm×3000mm的菱形金属网和φ20mm×2000mm的锚杆支护,锚杆间排距为800mm×800mm;在巷道顶板按“…3333…”型式布置Φ22×7400mm锚索,锚索间排距1400×800mm,每排锚索配一根3.2m长Ω锚索梁,锁具与锚索梁间加δ16×80×200mm钢垫板(如图1）。
3.3.2 挑棚、木垛加强支护参数
(1)挑棚:扩面前,距老塘帮2.7m、3.5m、4.2m处各打一排单体挑棚;扩面巷每进够4.5m,距老塘帮5.1m、6.0m处随扩随挑,打二排工字钢单体挑棚。挑梁为4.5m长的11#工字钢,一梁4柱,柱腿均使用DW45-200/110LX型单体支柱。
(2)木垛:导硐、扩面巷内木垛交替迈步布置,木垛中对中间距10m,木垛采用φ200×160×3000mm及φ200×160×1800mm双面扒皮料,沿巷道走向布置2根3000mm长双面扒皮料,中对中间距1.2m,横向布置3根1800mm双面扒皮料,中对中间距1000mm。
4 施工组织方案
由于切眼较宽8.8m,采用S150综掘机施工无法一次成巷,施工采用分步施工法,先导硐施工净宽5.0m,净高3.0m,后扩面净宽3.8m,净高3.0m,然后通过卧底达4.0m高度。
5 支护效果
1161⑶大采高工作面切眼自2010年7月施工结束,硐室掘进50天后围岩变形趋于稳定,支护方案达到预期的目标,控制变形效果较好,为工作面支架安装打下了良好的基础。
6 结语
（1）大断面巷道综掘机掘进,分步施工分次支护是解决掘进支护施工困难的一种有效措施。
（2）谢桥矿大采高工作面切眼掘进支护实践证明,高强锚杆锚索与挑棚、木垛联合强化支护技术是控制深井复合顶板大跨度切眼巷道围岩变形的有效方法。
（3）支护方案达到了预期的目标,切眼支护效果良好,两帮及顶板围岩位移得到很好的控制,满足安全生产要求,给同类切眼掘进支护提供很好的参考价值。