大断面综放切眼高强组合锚杆 锚索补强支护工艺实践

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  摘要:本文通过对陈家山煤矿4#-2煤层423综放切眼采用大断面“高强组合锚杆、锚索补强支护”技术试验,有效地控制了松散煤层顶、帮,将松散煤体联合成一个整体,并形成了煤体自稳圈,使巷道顶、帮保持稳定,取得较好的支护效果。
  关键词:大断面;组合锚杆;补强支护
  引 言
  铜川矿务局陈家山煤矿4#-2煤层厚10~25m,平均15.53m,煤层结构复杂,含有比较稳定的夹矸3~5层,煤层性硬而脆,易破碎,节理发育,普氏硬度系数f=0.8~2.1,单向抗压强度7.0~20.6MPa。沿煤层底板开掘巷道后,巷道两帮松散破碎易垮落,煤顶下沉量较大,底鼓严重。自推广综采放顶煤工艺以来,大断面切眼一直采用梯形棚或锚棚支护形式,长期实践证明,这种支护形式存在诸多弊病: ①工艺复杂,二次切眼施工时,容易造成一次切眼支护失效,维修工程量大;②支护强度低,不安全因素多;③木材消耗量大,支护成本高;④材料运输距离长,占用劳动力多;⑤切眼安装工序多,劳动强度大。
  针对上述问题,在423两巷成功推广高强组合锚杆、锚索补强支护工艺的基础上,经过反复论证分析,在423综放工作面切眼首次进行了大断面“高强组合锚杆、锚索补强支护新工艺”支护试验,一次获得成功,取得了显著的技术经济效益。
  一、423综放大断面切眼围岩条件
  423综放工作面走向长度1890m,切眼倾斜长度165m,煤厚9~13m,倾角5°,采深450~510m,煤层抗压强度7.8~20.6MPa,煤层节理、裂隙发育。煤层直接顶板为一套由粉砂岩、泥岩和4#---1煤层组合而成的复合型顶板,稳定性较差,强度低,平均厚度8.0m;老顶为浅灰~灰白色中粗粒长石石英砂岩,中厚层状,具大型斜层理或斜交层理,单向抗压强度24.9~51.2MPa,致密坚硬,稳定性较好;煤层直接底板由碳质泥岩、根土岩和花斑泥岩组合而成,具有松软易碎、遇水膨胀的特性,厚度16m。切眼沿煤层底板留2~4m底煤掘进,顶煤厚度4~6m,顶板比较稳定,两帮节理发育,松散破碎。
  二、423切眼断面及支护形式选择
  依据423两顺应用锚网锚索支护的经验及综放支架的安装要求,切眼断面形状选为矩形,净断面7.5*3.0m,断面22.5m2。使用高强组合锚杆、锚索补强支护工艺。
  顶锚杆使用Ф18*2250mm螺纹钢锚杆,K2335型树脂锚固剂一节端头锚固,间排距800*900mm;钢带使用Ф8*70*4000mm钢筋托梁。帮锚杆使用Ф14*1800mm钢筋锚杆,普通树脂锚固剂一节端头锚固,间排距700*900mm;钢带使用Ф8*70*3300mm钢筋托梁。金属网为8#铁丝编织的菱形网。
  Ф18*2250mm螺纹钢锚杆及Ф14*1800mm钢筋锚杆外端头均使用δ8*120*120mm铁挡板锚固,使用机械力矩扳手紧固,一次预紧力30~40nm。
  锚索使用Ф15.24*6000 mm钢绞线锚索,矩形布置,每排3根,排距2700mm,间距1750 mm 。K2335、Z2360树脂锚固剂各一节端头锚固,锚固长度1000 mm;外端头配备SPJM---I型单孔锚具和[8*400(600)mm槽钢锚固。锚索使用MYT---100S液压锚杆钻机打眼、安装,YCN---150预应力张拉千斤顶紧固,一次预紧力22MPa。
  三、大断面切眼快速施工工艺及支护技术
  (一)大断面切眼分次施工工艺及支护技术
  1、一次切眼施工支护技术
  一次切眼施工断面S=12.0 m2,巷宽4.0m,巷高3.0m,锚网锚索支护。顶板布置Ф18*2250mm螺纹钢锚杆6根,间距800mm,使用Ф8*70*4000mm钢筋托梁连为整体;左帮布置Ф14*1800mm钢筋锚杆4根,使用Ф8*70*3300mm钢筋托梁与顶角螺纹钢锚杆连为整体;二次切眼一帮布置Ф34*1500mm木锚杆3根(不挂金属网),作为临时支护,顶板靠左帮2.0m布置Ф15.24*6000 mm钢绞线锚索1根。
  掘出1.0m后,及时使用煤电钻1号左、2号右进行顶、帮锚杆打眼,一般分配为8:5,打眼少的一组及时进入锚杆安装及挂网工序,实行一掘一锚循环进行。
  锚索实行跟机施工,每天安排一个专门锚索施工小组,专职施工锚索钻、装、锚工作,锚索距掘进头20m。
  2、二次切眼施工支护技术
  二次切眼施工断面S=10.5 m2,巷宽3.5m,巷高3.0m,锚网锚索支护(只挂顶网并与一次切眼顶网连接,工作面开采一侧不挂网)。顶板布置Ф18*2250mm螺纹钢锚杆6根,间距800mm,使用Ф8*70*4000mm钢筋托梁连为整体,中心锚杆与一次切眼锚杆交错500mm,排距错差1/2,成迈步式布置。工作面开采一侧布置Ф34*1500mm木锚杆4根(不挂金属网)。顶板靠右帮(开采一侧)2.0m及切眼中心各布置1根锚索。
  锚杆施工工序同一次切眼,实行一掘一锚循环进行。顶板中心锚索紧跟二次切眼施工正头施工,并使用600 mm槽钢顺切眼走向安装,将相邻交差布置的两排顶板锚杆钢筋托梁连为一体。
  (二)锚索补强支护
  对顶板裂隙发育、围岩破碎,有下沉现象的区域,及时采用联合锚索加密支护,锚索间距1500 mm,并使用2500 mm槽钢将相邻两根锚索锚固在一起,加大支护强度。
  (三)施工作业布置方式
  锚网施工工序占用正规循环时间的50%~70%,为缩短支护时间,提高循环率,在实际生产中,采用1号左、2号右两台煤电钻进行顶、帮锚杆的钻、装、锚,其工序为:
  锚杆打眼
  综掘机掘装运→锚固剂安装搅拌→下一循环
  挂网、安装钢筋托梁
  连网、上紧托板   同时,锚索安排了专门的施工小组,没有占用正规循环作业时间,使支护工序所消耗的时间降低了10%~15%,提高了循环率,增加了循环个数,提高了单进水平,实现了安全快速施工的目的。
  四、补强支护技术效果分析
  423综放工作面切眼实施的高强组合锚杆、锚索补强支护工艺,与传统棚式或锚棚支护工艺比较具有以下显著的效果:
  (一)有效地控制了松散煤层顶、帮,充分发挥了“锚带网”这一基本支护的积压加固作用,将松散煤体联合成一个整体,并形成了煤体自稳圈,加之锚索的悬吊补强作用,使巷道顶、帮保持稳定。
  (二)巷道变形量小,端面利用率高。拒矿压观测比较可知,传统棚式或锚棚支护顶板下沉量在400~600mm,而锚网锚索支护顶板下沉量仅为20~50 mm,基本没有产生变形,端面利用率相当高。
  (三)有效地解决了由于断层、裂隙等构造原因造成的松软、破碎煤层围岩区段的支护问题,杜绝了棚式支护边掘边维护的难题。
  (四)提高了单进,实现了综掘快速掘进的目的。拒统计:分两次施工165m长的切眼330m,传统工艺需30d完成,平均日进11m,而锚网锚索工艺仅用了22d完成(2003年10月28日开工,11月18日完工),平均日进15.0 m,单进提高36.4%,施工工期缩短了8d。
  (五)节省了木材,节约了大量的维护费用,降低了成本,提高了经济效益。拒统计:传统棚式支护消耗木材0.5m3/m,消耗矿用11#工字钢186Kq/m,成本991元/m,而锚网锚索工艺成本为778元/m,且基本不投入维护费用,相对提高经济效益21.5%。
  (六)省去了传统棚式或锚棚支护施工的运料工序,节约了劳动力,提高了劳动效率。
  (七)缩短了综采安装时间,减少了综采支架安装期间的回棚、支棚、倒柱等繁重的工序,不仅减轻了劳动强度,而且大大加快了安装进度,缩短了安装工期。
  结论
  通过在423综放切眼大断面采用高强组合锚杆、锚索补强支护技术,扩大支护的积压加固作用,将松散煤体联合成一个整体,并形成了煤体自稳圈,有效地解决了由于断层、裂隙等构造原因造成的松软、破碎煤层围岩区段的支护问题,杜绝了棚式支护边掘边维护的难题。取得了较好的支护效果和经济效益,为类似条件下的巷道支护提供了参考。
  参考文献:
  [1]贾悦谦等.综采技术手册[M].北京,煤炭工业出版社,2001
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