《特软弱突出厚煤层群石门段高强稳定型支护技术》
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[摘 要]集中石门埋深在600m以上且连续穿过三层特软弱突出厚煤层,揭煤时,打设大量的瓦斯抽排孔,造成煤岩体松软破碎,强度极低,为保证石门过煤层群段的长期稳定,特提出高强稳定型即全断面U型棚+注浆支护,使其在服务期内满足正常的安全生产需要.
[关键词]石门；揭煤段；架注支护
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0003-01
1 工程概况
1.1 巷道岩性
东翼集中石门由8煤层底板,穿煤层群到7煤层顶板,煤层群赋存条件复杂,煤层厚度变化较大,煤层倾角约为20°.集中石门穿煤层群段揭露煤层厚度有所差别,7煤厚约2m,8煤产状比较复杂,在部分位置煤层夹矸较厚,分为81煤和82煤,煤层厚度分别为4.77m、2.76m,石门穿煤层群段长约140m,8煤普氏系数0.5.此外,巷道揭露煤岩层岩性变化较大,其中主要以泥岩、砂质泥岩和粉砂岩为主,巷道围岩强度低,节理裂隙发育,水平层理突出,滑面发育.临近断层构造影响造成巷道围岩稳定性降低,对支护的要求较高,不利于巷道的掘进和支护.
1.2 巷道概况
石门将从该煤底板穿至顶板,巷道设计断面：净宽×净高等于5200×4760mm,巷道长140m.
2 支护原则
在对此类巷道的围岩条件和变形情况进行深入研究的基础上,针对东翼集中石门穿煤层群段煤岩体表现出极为松散破碎、围岩强度低、易流变的特点以及断层构造带围岩压力大、矿压显现强烈的特点,掌握巷道围岩的移动变形特征,总结并利用此类巷道的矿压显现规律,提出高强度稳定型支护技术的核心如下：
（1）对拱部破碎煤岩体实施骨架超前支护,保证顶板围岩结构的稳定性,为掘进和支护创造条件；
（2）采用全封闭式U型钢棚支护,以提高支架承载结构的稳定性；
（3）结合壁后充填技术,改善支架的受力状态,充分发挥U型钢支架的承载性能；
（4）采用底反拱支护手段,防治底臌的同时,辅助控制帮部变形,达到支架与围岩的整体稳定性；
（5）在巷道支护后期,视巷道围岩条件决定是否对围岩实施注浆加固,对松散破碎岩体实施胶结,以便提高巷道围岩体的完整性及强度.
通过采用以上技术措施,在保证支护承载结构整体稳定的前提下,实现支护—围岩共同承载的目的,从而有效控制此类巷道围岩的强烈变形.
3 超前金属骨架
8煤在揭煤之前瓦斯治理,煤层煤体松散破碎,前期布置抽放瓦斯的钻孔使煤层呈蜂窝状,在后期揭煤时,为防止煤与瓦斯突出的危险发生,在迎头与煤层法距离2m处,向后布置5m长的钻场,巷道顶拱处扩大断面800 mm,在扩大的断面上布置两排骨架孔,打设前探钢管骨架,对松散煤层进行预支护,起到保护顶板的作用.具体的技术参数如下：1、在钻场位置沿拱形圆周方向布置两排钻孔,第一排钻孔距基本巷道断面边缘300 mm,第二排钻孔距基本巷道断面边缘600mm,距刷大钻场断面边缘200mm； 2、第一排钻孔沿圆周方向孔间距为512mm,钻孔个数20个,第二排钻孔位于第一排钻孔之间的垂直平分线上,与第一排相邻钻孔沿圆周投影距离为256mm,钻孔个数19个；采用直径48mm的钻头钻孔,形成直径50mm的钻孔,顶部钻孔长度25m,起拱线处钻孔长度16m；东翼集中石门穿煤层群段管棚支护见图.
图1 东翼集中石门穿煤层群段管棚支护图
4 架棚支护
采用U36型棚支护,棚距600mm,扎角82°,支架结构选用稳定性相对较高的半圆拱形式,拱部与柱腿搭接段长度450mm.要求选用3付U36双槽形夹板卡缆,2付上、下限位卡缆,1付普通夹板卡缆.卡缆螺母预紧力矩不得低于300N·m.为提高 U 型钢支架护表性能,支架壁后配合使用铁背板、钢筋网配合双抗网,钢筋网采用Φ6mm钢筋加工,网目等于100mm×100mm.
为加强对底板的支护,防止水的浸泡,控制底臌,采取底反拱支护技术手段,具体支护措施如下：
①在设计底板标高向下取底1200mm,采用底反拱支护加固底板后,现浇100mm厚混凝土作防水层,按设计方案要求构筑水沟后,在防水层上铺900～1000mm厚缓冲层；
②采用底反拱支护,形成较强承载结构的全封闭式U型钢支架支护巷道,控制底臌的发生,棚距为600mm；
③在巷道底板布置2根底板注浆锚索,配合使用18#槽钢和内嵌鼓形托盘,加强巷道底板的支护作用.锚索沿巷道中心线对称布置,锚索规格Φ17.8L6300mm,每根锚索采用3支Z2550型树脂锚固剂,锚索间排距为2000×1400mm,注浆锚索与U型钢棚支护错开半排布置,锚索预紧力矩不得小于300 N·m.
④底反拱与柱腿之间、底反拱左右型钢之间搭接段长度皆为450mm,各需2付双槽形上下限位夹板式卡缆,1付普通夹板式卡缆.
东翼集中石门过煤层群段U型钢棚壁后充填的施工工艺过程为掘巷、架棚、挂钢筋网背板和双抗网、壁后充填、喷浆、底板注浆.
图2 东翼集中石门穿煤层群段架棚支护断面图
5 注浆加固
注浆的目的,通过注浆加固,将松散破碎岩体重新胶结为整体,实现锚注一体化,提高围岩体本身的稳定性.穿煤层前后20m范围内应该进行注浆加固.
巷道顶帮采用Φ22L2400mm锚注锚杆,锚注锚杆间排距1400×1400mm,注浆锚杆与U型钢棚中布置,注浆采用32.5#矿渣水泥加水配置而成,其水灰比为0.7～0.8（重量比）,注浆压力定为≥2～3Mpa.
6 结束语
架棚支护虽属于被动支护,不能达到及时主动支护的效果,但对顶板破碎巷道的支护效果相比于锚网支护好得多,利用其“高阻可缩”的工作特性,弥补了突出煤层揭煤段破碎顶板可锚性差的缺点,对围岩提供较高工作阻力的同时,当受到强围岩压力的作用时,通过一定的可缩量,能及时有效地释放围岩压力,防止支架出現压垮变形破坏,并对支护区域进行注浆充填,加强对棚间岩体的支护作用,达到支架与围岩共同承载的目的.
参考文献
[1]张荣立,何国纬,李铎.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社,2003.
[2]袁亮,葛世荣,黄盛初,翟德元.煤矿总工程师技术手册[M].北京：煤炭工业出版社,2010.
作者简介
王风（1977-）,男,皖萧县人,工程师,2000年毕业于中国矿业大学采矿专业,现淮北青东煤业有限公司安全副总工程师.
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