錨噴網(wǎng)支護(hù)在石門厚煤層施工中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞 錨噴網(wǎng)支護(hù) 厚煤層 石門
開灤礦務(wù)局趙各莊礦是已開采近百年的老礦,井深巷遠(yuǎn),地壓較大,煤層賦存條件差,機(jī)械化水平較低,銜接較緊張。在深部開拓巷道施工中,尋求安全、有效、快速的支護(hù)方法已勢(shì)在必行。為此,先后在十一、十二、十三水平利用錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù),成功地通過了地壓較大的巖巷、煤巖巷以及巖石破碎地段。與料石砌碹支護(hù)相比,提高了單進(jìn)水平,取得了一定的效果。在此基礎(chǔ)上,通過分析論證,又在十二水平西翼五石門第12號(hào)煤層成功地采用了錨噴網(wǎng)支護(hù)。現(xiàn)在,該石門已進(jìn)入了回采階段,石門采用錨噴網(wǎng)支護(hù)的第12號(hào)煤層段,除有少許塑性變形外,并無其它損壞。
1 工程及地質(zhì)概況
趙各莊礦十二水平西翼五石門位于7~12暗井井口以西1 860m處,石門開口標(biāo)高為-995.5m,距地表深度為1 049.84m。石門設(shè)計(jì)為直墻半圓拱形,施工斷面凈寬4m,凈高3m?;A(chǔ)深度200mm,巷道坡度為6%。石門巖石區(qū)段施工時(shí)采用的是錨桿噴漿支護(hù)。石門施工到回風(fēng)道以南115m處,探孔見12號(hào)煤層,探孔深2m。石門由北向南施工,由煤層底板揭露煤層。該煤層垂厚10.58m,煤層傾角32°;底板為細(xì)砂巖,灰色泥質(zhì)膠結(jié),含植物根化石。12號(hào)煤 層為趙各莊主要可采煤層之一,石門工作面巷頂見煤點(diǎn)至工作面巷底沒煤點(diǎn)水平距離24.7m,采用錨噴網(wǎng)支護(hù)工作面從垂直距離2m見煤處開始至沒煤2m,總長(zhǎng)32.3m,見圖1
圖1 十二西五石門12號(hào)煤層剖面
2 施工機(jī)具及支護(hù)材料
2.1 施工機(jī)具
用YTP-26型氣腿式鑿巖機(jī)打錨桿眼和煤層頂?shù)装鍘r石炮眼,配一字形φ42mm鉆頭,煤層掘進(jìn)用風(fēng)鎬,使用縫管錨桿推進(jìn)器。
2.2 支護(hù)材料
用φ6.5mm鋼筋在井上制作鋼筋網(wǎng)片(長(zhǎng)1.6m,寬1.2m,網(wǎng)孔為150mm×150
mm),網(wǎng)孔節(jié)點(diǎn)全部焊接,錨噴網(wǎng)施工時(shí)網(wǎng)邊搭接部位采用14號(hào)鐵絲綁扎;錨桿為長(zhǎng)2m縫管式錨桿,外徑φ43mm,縫寬14mm,托板由5mm厚鋼板制作,為“凸”形托板。
采用425號(hào)普通硅酸鹽水泥、渣沫(石粉)作為噴漿材料,添加水泥速凝劑。
3 支護(hù)參數(shù)的確定
3.1 理論依據(jù)
錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的主要理論依據(jù)是錨桿的擠壓組合拱理論。錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)可以把圍巖松動(dòng)圈以內(nèi)的巖體通過擠壓而組合成拱,在圍巖應(yīng)力的作用下產(chǎn)生整體塑性變形,釋放一部分原始應(yīng)力,最后形成穩(wěn)定的擠壓組合拱,把被動(dòng)支護(hù)變?yōu)橹鲃?dòng)支護(hù)。
3.2 錨桿間排距
按組合拱理論,錨桿的長(zhǎng)度和間排距與組合拱厚度之間的關(guān)系符合下式,即
b=(Ltgα-a)/tgα
式中:b為組合拱厚度,m;L為錨桿有效長(zhǎng)度,m;α為錨桿在松散巖體中的控制角,(°);a為錨桿的間排距,m。
錨桿的控制角一般按45°計(jì)算,這樣對(duì)松散體比較安全,因此,上式可簡(jiǎn)化為b=L-a;通過對(duì)煤層松動(dòng)圈測(cè)試,確定12號(hào)煤層組合拱厚度不小于1.2m比較安全,則a=L-b=2-1.2=0.8m,取a=0.6m。
4 支護(hù)要求及分步施工
4.1 支護(hù)要求
4.1.1 超前支護(hù)
從工作面巷頂距煤層垂距2m起,每次向前掘進(jìn)之前,都要首先進(jìn)行超前支護(hù)。超前支護(hù)在工作面巷頂以25~30°仰角打1排縫管錨桿,錨桿間距350~400mm,超前控制頂板不少于1.3m,超前支護(hù)錨桿不少于5根,正頂1根,左右各不少于2根,見圖2。
圖2 超前支護(hù)示意
4.1.2 臨時(shí)支護(hù)
用縫管式錨桿輔以點(diǎn)柱作臨時(shí)支護(hù),錨桿每0.6m一排,每排不少于5根。打臨時(shí)支護(hù)錨桿前要敲幫問頂,找清浮石或煤塊,然后迅速打上點(diǎn)柱,在點(diǎn)柱的保護(hù)下打臨時(shí)支護(hù)錨桿。
4.1.3 永久支護(hù)
錨噴網(wǎng)施工控制頂板距離最大不超過1.2m,就進(jìn)行永久支護(hù)。永久支護(hù)采用錨網(wǎng)噴漿聯(lián)合支護(hù),錨桿的起錨點(diǎn)及網(wǎng)度0.6m,全斷面錨網(wǎng),錨桿托板緊壓網(wǎng)片,網(wǎng)片搭接200mm,搭接部分用14號(hào)鐵絲綁扎連接牢固,網(wǎng)外噴漿70mm厚,見圖3。
圖3 永久支護(hù)示意
1—錨桿;2—鋼筋網(wǎng);3—噴層(厚70mm)
4.2 分步施工
4.2.1 見煤前2m巖石段施工
為防止煤層暴露時(shí)由于應(yīng)力集中而冒頂,采用淺打眼、放小炮方法以減少震動(dòng)破壞。打眼掘進(jìn)深度不超過1.2m,掏槽眼設(shè)在工作面下部。首先對(duì)巷道下部進(jìn)行爆破,之后對(duì)兩幫打錨桿進(jìn)行控制,接著對(duì)上半部淺打眼爆破,這樣可保持巷頂圍巖的完整性。離煤不夠500mm左右的巖石采用風(fēng)鎬刷下。頂煤掘出后及時(shí)打臨時(shí)支護(hù)錨桿,然后進(jìn)行錨網(wǎng)噴漿永久支護(hù)。掘進(jìn)一炮支護(hù)一炮。
4.2.2 煤層段施工
從工作面見煤后開始,向前施工時(shí),為了及時(shí)控制巷道頂板,保證施工安全,采用上、下分層的施工方法,先施工上分層,從工作面上半部中間開始掘進(jìn),掘深不超過1.2m,邊掘邊打臨時(shí)支護(hù)錨桿。巷頂荒斷面弧線長(zhǎng)1.6m左右時(shí),及時(shí)掛網(wǎng)打錨桿,由中間向兩側(cè)交替進(jìn)行。上分層掛網(wǎng)打錨桿完畢后,及時(shí)噴漿,然后再向前施工上層。上層施工超過下半部?jī)刹鐣r(shí)再施工下分層。見煤初期工作面下半部巖石部分可打眼放炮掘進(jìn)。下層掘進(jìn)時(shí)先掘一側(cè),掘1.2m左右時(shí)打錨桿掛網(wǎng),再掘另一側(cè)。兩側(cè)掘進(jìn)夠1.2m時(shí),進(jìn)行一次噴漿,完成一次永久支護(hù)。上、下層始終保持有1m左右寬的正臺(tái)階,以便于施工人員施工。
4.2.3 見頂板后施工
見12號(hào)煤層頂板后,不再打超前支護(hù)的縫管錨桿。由于煤層頂板巖層較穩(wěn)定,巖石部分采用放炮方法施工,工作面下半部的煤層部分仍采用風(fēng)鎬掘進(jìn)。上部爆破后打好臨時(shí)支護(hù)錨桿,然后掘下部,掘1.2m時(shí),及時(shí)進(jìn)行錨網(wǎng)噴漿永久支護(hù)。
5 施工中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
(1)上述施工方法適用于整體性能良好的穩(wěn)定煤層。破碎及粉碎性煤層采用這種方法施工時(shí),不易控制冒頂。
(2)打錨桿眼的釬子頭直徑不宜過大,一般宜用磨損過的舊釬子頭,直徑小于或等于40mm,以保證錨桿的初錨力。
(3)安裝錨桿采用專用推進(jìn)器。推進(jìn)器一頭卡在鑿巖機(jī)卡套上,另一頭插在錨桿尾部,利用鑿巖機(jī)的沖擊力沖擊錨桿尾部,使其錨入煤體。操作要平穩(wěn),直順有力。不能使用大錘打錨桿,以免把錨桿打彎。
(4)網(wǎng)與巖壁、煤壁間隙不應(yīng)過大。錨桿間的網(wǎng)與煤壁的間隙不應(yīng)大于100mm,噴漿時(shí)要把縫隙噴實(shí),錨網(wǎng)必須成拱形,才能達(dá)到整體支護(hù)效果。
(5)施工后一個(gè)月內(nèi)要對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù),每天1次。施工后的巷道由于地壓作用有少許變形且有裂漿、掉小塊漿片現(xiàn)象,要及時(shí)補(bǔ)噴,一般補(bǔ)噴2~3次后可穩(wěn)定。
6 施工速度及支護(hù)材料成本分析
與料石砌碹巷道相比,施工速度快。十二西五石門采用錨噴網(wǎng)支護(hù)通過12煤層時(shí),三班作業(yè)只用25d時(shí)間;而以往其他石門過12煤層采用料石砌碹支護(hù)一般需40d左右。錨噴網(wǎng)支護(hù)由于使用了鋼筋網(wǎng),加之縫管錨桿使用較多,其支護(hù)材料成本高于砌碹巷道,但與金屬拱型支架支護(hù)相比,成本較低。
7 結(jié) 語
十二西五石門12號(hào)煤層于1996年10月進(jìn)行錨噴網(wǎng)支護(hù)施工,至今已近2a,采區(qū)已進(jìn)入回采階段后期。錨噴網(wǎng)支護(hù)的12號(hào)煤層通過3次小范圍的補(bǔ)噴后,只有少許塑性變形,支護(hù)效果良好。巷道兩墻最大收縮變形量110mm,但整體并未破壞。石門厚煤層錨噴網(wǎng)支護(hù)在開灤礦區(qū)還是首例,將來它的前景會(huì)更廣闊。