矿井工作面回撤通道支护技术工艺分析

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  [摘 要]回撤通道需要经历超前支撑压力影响的全过程,采动的影响十分强烈,巷道变形破坏十分明显,再加上跨度的影响,则容易造成回撤巷道的变形,进而威胁回撤通道的安全。故此,需加强对矿井工作面回撤通道支护技术工艺研究,保障安全开采,并为相关人员的提供参考。
  [关键词]矿井;工作面;回撤支护技术;工艺
  中图分类号:TD323 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)07-0140-02
  煤矿开采是一项复杂的项目类型,在具体的开采过程中,容易受到地质因素和围岩因素的影响,对煤矿的安全开采造成不良影响。基于此,本文结合具体煤矿案例,分析矿井工作面回撤通道支护技术工艺,详细内容如下。
  1煤矿概况
  为研究分析煤矿工作面回撤通道支护技术,本文结合某一具体的煤矿为例,详细分析回撤通道的支护技术工艺。主要将该煤矿12上302工作面为研究对象。矿区井田范围内,地质构造相对简单,无断裂构造,以褶皱为主,且则翼幅平缓,翼角相对较小,最大为4°。且煤层为近水平煤层,倾角0~3°,平均为1.5°。其中,12上煤煤层上方直接顶以砂质泥岩为主,局部为粉砂岩、泥岩,灰色,半坚硬,含植物化石碎片,泥质为主,夹薄层粉砂互层,参差断口;老顶覆盖于直接顶之上,以中粒砂岩为主,局部为细粒砂岩,灰白色,中粒砂状,泥质胶结,交错层理,以石英,长石为主,见云母煤线岩屑;顶板属于易冒落顶板。
  如下表1、表2所示,为12上煤的顶底板岩石物理力学性质表、计算采用岩石物理力学参数。
  结合上述表格能够进一步对12上302工作面的煤层顶底板进行研究,可以得到局部存在软弱结合面或煤线,局部的复合型顶板,使得顶板的整体性能不佳。如果遇到淋水,可致使顶板层离。而且,综采顺槽受到采动的干扰,导致裂缝、离层下层等,甚至可能导致冒顶事故发生,后续观察发现,巷道破碎地段存在裂隙,且具有加大趋势。于煤顶不足0.4m处,存在顶板磷皮掉落。
  礦井回采工作面的末采阶段,回撤通道支护工艺的选择与支护的质量,与开采安全具有直接意义。结合实际情况发现其中矿井工作面回撤通道容易受到采动的影响,导致巷道变形损坏,再加上回撤通道跨度相对较大,容易造成安全隐患,亟需改进。为保障煤矿的安全开采,降低安全隐患。该煤矿在具体的开采工作中,制定了相应工作面回撤通道的支护施工技术工艺,并取得了较为理想的支护效果,抑制了煤矿安全事故的发生几率。
  2矿井工作面回撤通道支护技术工艺分析
  2.1回撤通道支护机理
  结合本工程的基本情况,可以获取顺槽尺寸为3.8m×5.4m,切眼正常段规格为4.2m×8.7m,切眼机窝段4.2m×10.2m等。且能够发现巷道预留煤顶1m以上,且底掘进,后施工200mm砼底板,整体性没有被破坏。但是,在具体的回撤通道施工中,仍旧需要采取适宜的支护技术,保障施工的整体安全,规避隐患。详细的支护机理分析如下所示:
  (1)锚杆的锚固作用主要体现在轴向效应和横向效应,锚杆在的具体的锚固中,可实现对轴向岩层的膨胀的抑制,并完成岩层剪切错动的控制,达到加固通道的目的,从而确保岩层稳定,保障工作面安全。轴向相应的作用下,可使得岩层得到一个径向作用力,使得岩层可以处于三向压应力状态,使得开挖扰动可以得到抑制,促使岩层能够处于一个新的稳定状态。而横向效应的基本作用是节理和层理,实现对错动的控制,并抑制剪切破话,从而增强抗剪切能力。
  (2)岩体节理、层理等弱面的碎裂和扩张是回撤通道变形的主要特征,锚杆的刚度能够抑制节理和层理等弱面的扩张。及时有效的对锚杆支护进行利用,可有效的实现对岩层的加固的和控制,由锚杆分担相关承载力,进而控制冒顶事故的发生几率,保障回撤通道的安全可靠。
  (3)综采工作面切眼的断面相对较大,且存在复合顶板的情况。借助锚杆的挤压加固作用,能够形成一定自稳能力的“似整体结构”,配合预应力锚索,可进一步弥补其所承载荷载能力不足的情况。通过预留相应的裕度,保障顶板的稳定,消除顶板破坏,并遏制回撤巷道发生变形的目的。
  (4)借助锚杆和锚索的配合,可顺利实现对回撤通道变形的抑制,使得后续作业的安全系数能够得到保障。另外,二者的有效配合,可以增强围岩整体的可靠性,抑制围岩的变形发生。从而促使顶板压力向煤帮深部转移,再加上深部围岩本身的状态特性,达到控制两帮相对位移量的目的,使得位移量相对较小,进而推动两帮维护难度降低,为后续煤矿作业安全奠定基础。
  2.2矿井工作面回撤通道支护的设计方案
  结合实际情况,对支护进行研究与分析,在具体回撤通道锚杆支护设计过程中,运用动态跟踪设计方法,详细的设计方案分析如下。
  2.2.1动态跟踪设计方法
  为实现对回撤通道的支护设计,可以结合动态跟踪设计方法展开设计。在具体的设计中,其主要包含七点内容,详细分析如下:
  (1)地质力学评估;
  (2)围岩分类;
  (3)支护初期参数设计,这一阶段,需要将块体岩稳定平衡理论作为基础,再配合相关计算模拟工作实现;
  (4)现场工业性试验;
  (5)顶板岩层结构的动态测试;
  (6)效果监测;
  (7)参数修改,结合相关测试和监测结果,对初始设计参数进行分析,了解具体参数中存在的不足,再对参数进行修改与完善,从而使得支护设计可以得到完善,满足回撤通道支护的基本需求,保障作业安全。
  动态跟踪设计方法的核心技术是顶板岩层结构探测与支护后顶板变形监测、稳定性等,受到工作面采动的影响,动态监测岩层变化趋势,结合监测结果可以发现具体的安全隐患,再结合这些发生的不良问题,展开对回撤通道的调整,保障锚杆支护的可靠性。选择锚索或地质探测孔的方式,再展开结果分析,完成对支护的调整,进而保障支护的整体效果,确保回撤通道安全。具体的锚索得支护参数的确定需要按照如下几点原则进行:   (1)锚索布置应注意对基层的影响,需要尽可能的避免潜在破坏的最大高度;
  (2)锚索形成的加固带需要具有显著的叠加效果,可以实现对围岩的保护和控制;
  (3)锚索在具体的设置中,应保障最大锚固深度应大于巷道宽度的0.5倍;
  (4)锚索设计时,应注意的对最危险的极限计算,结合诸多参数情况,展开计算,保障计算结果准确与可靠。
  2.2.2支护方案
  本文在具体的矿井工作面回撤通道支护技术方案设计中,顺槽巷道顶板择取三小锚杆树脂端头锚固和锚索联合永久支护、切眼顶板三小锚杆树脂端头锚固和锚索+π型钢带永久支护、木点柱补强支护的联合支护方案。另外,再配合铺网、钢丝绳等方式,实现对回撤通道的支护,保障工作面回撤作业的安全,降低安全隐患发生。
  (1)按自然平衡拱原理展开锚杆参数设计。具体的锚杆长度可遵循公式(1)进行计算。
  L =L1+b +L3 (1)
  上述公式中,L1用于描述锚杆外露长度,如果为端锚杆L1=0.05m,b则是用于描述潜在冒落拱高度,L3则用于描述锚固段长度,可取0.3.公式中,b需要经过进一步计算,具体计算可按照如下公式(2)展开。
  b =(A +c)×cosa /(ky fr ) (2)
  上述公式中,A用于描述顶板有效跨径的1/2,切眼全宽为8.7m±200mm,本工程中,可选取3.5m,c则用于描述两帮煤体受挤压深度,a为煤层倾角,Ky 为直接顶煤岩类型系数,取0.6m;fr 为直接顶普氏系数,取3.5。c可进一步进行计算,可按照如下公式(3)进行计算。
  c =[ KrHB cos(a /2)/(1000fc Kc )-1]×h ×tan(45-β/2)。 (3)
  最后,代入各项参数,c可取近似值1.5m,实现对b的计算,最终确定具体锚杆长度。经计算,本工程L取值为1.925m。再对锚杆排距,可以得到锚杆间距满足D≤L/2,近似值为1.13m,且可已得到具體排距可遵循如下公式(4)。
  L0=nN /(2KA rb) (4)
  上述公式中,n为顶板每排锚杆根数,N为锚固力;K为安全系数,取2~3;r为容重。代入各项参数后,可实现对排距的确认,经过计算后,排距取1.1m。
  (2)以悬吊作用为主的锚索参数计算。为实现对回撤通道的锚索计算,需要在悬臂作用的基础上,展开相关计算,具体的锚索计算公式,可遵循如下公式(5)展开计算。
  L=L1+L2+L3+L4 (5)
  上述公式中,L1为深入到稳定岩层中的锚固长度,L2悬吊的不稳定岩层厚度,再结合12上302工作面的基本情况,确认L2参数得情况。L3为上托盘及索具的长度,L4为应进行的外露的张拉长度。为确认L1,可以得到L1满足如下公式(6)。
  L1≥kd1f1/ (4f2) (6)
  按照上述公式,代入各项参数,最终可以确认L的具体数值。此外,在具体锚索排距计算中,排距应满足≤L/2,从而得到排距的相关数值。
  2.3支护参数确认
  结合上述锚杆和锚索的相关参数,本工程具体的支护参数进行确认,其中锚杆主要选择Φ22×2200mm螺纹钢钢锚杆、锚索规格:Φ66×8000mm;按照上述基本材料展开对具体锚杆和锚索的联合支护,锚杆6根每排,排距1m,锚索3套/2m,排距2m。按照这一方式,实现对锚索和锚杆支护的设置,从而保障矿井工作面的可靠性和安全性,保障回撤通道的功能性和服务性。
  2.4锚杆及锚索支护的效果研究
  在具体的支护过程中,使用锚杆测力计,对锚杆承受拉力进行测定,再选用拉拔计对锚杆的锚固力进行测量,配合矿压监测,结果发现回撤通道的锚固效果良好,且支护作用较为理想,围岩没有发生明显的变形情况,说明锚杆及锚索支护,符合回撤通道的基本需求,度工作面的后续工作具有积极的意义。在荷载观测过程中,通过对荷载的结果分析,可以发现初期荷载增加比较快,随着时间推移,荷载基本趋于稳定,并基本稳定在6~6MPa。
  3工作面回撤通道安全支护技术
  结合本煤矿工作面的基本情况,得到锚索支护是回撤通道的关键,也是影响后续作业安全的关键,故此,展开对锚索支护安全技术措施的分析,详细内容如下。
  3.1锚索支护技术措施
  (1)清晰明确锚索支护原理、结构及具体参数,为保障施工工艺技术的有效进行,应保障施工人员熟悉现场环境,正确使用支护设备,并对锚索支护的设计和相关参数充分了解,且具备一定的故障排除能力,保障锚索支护的合理运用;
  (2)注重对锚索支护材料的选择,按照相关技术规范,保障材料选择合理;
  (3)结合设计参数,控制锚索长度和锚固力,保障施工能够符合设计需求;
  (4)做好对支护情况的检查,对易出现松动和脱落的煤岩块进行预先处理,减少安全事故的发生。打锚索眼的过程中,需要加强钻进的监控,如果出现异常,应停止钻进,并后退到的安全位置进行观测,避免人员损伤;
  (5)施工过程中,如果支护高度>3m,搭设相应工作平台。登高作业时,应注意安全防护,规避意外伤亡;
  (6)旋向方向,钢绞线应与搅拌工具方向相反;
  (7)施工前,做好各项准备工作,包括锚索支护所需的基本材料和工具,做好设备的检测检验工作,保障设备的可靠性,再进行基本需求的风、水、电的准备,满足回撤通道支护施工需求。所有施工过程中,均需要注意对施工工序的控制,具体的施工过程中,需要严格遵循施工图纸和设计图纸展开,规避不遵循施工规范进行施工的问题。施工期间,施工人员应展开全面的技术交底工作,使得施工人员能够正确理解设计意图和设计内容,从而保障施工能够规范进行,最终综合推动施工质量提升。另外,需要加强对施工人员的培训工作,转变施工人员素质良莠不齐的问题。增强施工人员对回撤通道的理解,正确使用支护器具,降低安全问题及质量问题。再注重对施工安全的控制,最大限度的减少施工安全事故的发生,保障回撤通道支护技术的有效运用。   (8)锚杆钻机打眼时,应严格遵循相关规范和标准,减少施工安全风险,提高施工的安全系数。具体打眼作业中,应调整钻机位置,观察围岩,定位具体钻眼位置,确保钻杆、锚杆机的准确。操作者应分腿站立,保持自身平衡。钻进时,保持低转速,随着钻进深度的增加,可结合实际情况对钻速进行调整。如果钻进过程中,发现软岩,应保持高速钻进,并做好钻臂抽力调整。硬岩的情况,保持低速钻进,缓慢增加钻臂推力。钻进时,应注意钻机和岩层始终保持平衡,控制误差及偏差。另外,钻进完成后,需要及时展开对钻孔的检查,判断锚索眼是否符合标准,如果不符合标准,需要及时对钻孔进行修正,确保其符合施工效果。
  (9)锚索的安全施工,对于锚索的施工预先检查锚索眼是否合格,完成将搅拌器套在锚索末端,卡牢固。然后展开具体锚索施工,注意对锚张拉力的控制,之后再配合钢筋网、π型钢带等方式,保障錨索的支护效果,满足实际回撤通道的需求。
  3.2锚索张拉及锚杆安装安全操作技术
  锚索张拉为支护工艺的重要组成部分,为满足实际序曲,应做好协作得工作,再合理切割,保障人员安全,落实分级张拉。如果发现预紧力下降的情况,需要及时进行补打。对于锚杆的安装技术工艺,应结合锚杆孔的基本情况,预先对锚杆孔进行检测检验,确保其符合标准。再配合托板、紧固螺栓等,实现锚杆的固定,具体安装时,应该严格遵循施工规范和施工方案进行。锚杆安装完成后,应及时进行锚杆的检验工作,确认锚杆的安装符合标准,如果存在异常情况,需要及时进行调整,避免安全隐患发生,保障回撤通道支护技术的顺利应用,满足安全施工需求。
  结束语
  本文结合某一具体煤矿12上302工作面,对回撤通道支护技术工艺进行研究,主要择取锚索支护的方式,文章对具体工作面进行研究,再分析具体锚索支护的相关设计及技术工艺,配合安全技术措施,综合推动锚索支护的完成,且满足回撤通道的需求,降低安全事故的发生几率。
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