掘进巷道过断层施工技术应用

2021-05-19 03:12郭鑫煜
江西煤炭科技 2021年2期
关键词:钢棚锚索断层

郭鑫煜

(晋能控股煤业集团盛泰煤矿,山西 高平 048400)

1 工程概况

晋能控股煤业集团盛泰煤矿15201运输顺槽位于井田一水平二采区中部,巷道东部为实体煤层,西部20 m为准备面15202回风顺槽; 南面30 m为井田边界,北部为西翼回风大巷、胶带大巷、轨道大巷。

15201运输顺槽布置在15#煤层中掘进。15#煤层平均厚度为3.2 m,为石炭系上统太原组煤层,煤层厚度变化不大,无突变现象,煤层结构简单,局部褶曲现象比较明显,但对整个工作面回采工作影响不大,含夹矸2层,单层厚0.02~0.1 m。巷道940~1 140 m处15#煤层上部有一层夹矸,厚度0.5~1.5 m,夹矸上部有一层14#煤层,厚度0.9~1.0 m;巷道沿15#煤层顶板进行掘进,掘进长度为2 200 m,巷道宽度为4.5 m,高度为3.2 m。

截止目前15201运输顺槽已掘进至760 m处。根据盛泰煤矿钻探发现,巷道接近至774 m处将揭露一条F3正断层,断层落差为1.7 m,平均倾角为55°,断层对巷道影响长度为28 m; 巷道掘进至757 m处时进入断层影响区,巷道成型效果差,顶板破碎严重。

2 过断层分层爆破施工工艺

受F3断层影响断层处煤体出现上移现象,巷道揭露断层后工作面上部煤体平均厚度为1.5 m,下部岩体平均厚度为1.7 m,为砂质泥岩,岩体单轴抗压强度为44 MPa,若直接采用掘进机强行破岩时对掘进机截割部损坏严重,所以掘进采用分层爆破施工工艺。

1)“分层爆破”施工工艺,即对巷道下部断面采用超前光面爆破施工,爆破断面规格宽×高为4.5 m×1.7 m; 对上部断面煤层采用松动爆破施工工艺,爆破断面规格宽×高为4.5 m×1.5 m。

2)首先对下部断面施工光面爆破钻孔,共计28个,其中周边孔20个,孔深为1.5 m,辅助孔4个,孔深为1.5 m,掏槽孔4个,孔深为1.7 m;周边孔及辅助孔单孔装药量为0.6 kg,掏槽孔单孔装药量为0.9 kg,采用1#、3#、5#三段毫秒延期电雷管进行爆破,延期时间为130 ms。

(1)下部断面爆破施工完成后,及时采用隔爆型耙岩机进行煤矸清理,然后在巷道顶板施工一排撞楔超前支护,每排布置10根超前支护体,超前支护垂直工作面煤岩体且布置在设计顶板位置。

(2)巷道顶板撞楔超前支护施工完后,对巷道上部断面煤体施工两排松动爆破孔,每排8个,孔间距为0.75 m,排距为0.5 m,第一排距顶板垂直距离为0.3 m,松动爆破孔深为1.0 m,见图1。

图1 15201运输顺槽“分层爆破”施工炮孔布置

(3)松动爆破孔施工完后,对每个钻孔内填装1支矿用乳化炸药卷以及一支3#毫秒延期电雷管,单孔装药量为0.3 kg;松动孔爆破时从下往上依次爆破,每次允许爆破孔数不得超过3个。

3 过断层围岩支护技术

为了保证巷道过断层期间围岩稳定性,决定对巷道顶板采取“注浆锚杆+桁架锚索+钢棚”联合支护技术。

3.1 注浆锚杆支护

注浆锚杆支护主要对断层影响区裂隙围岩进行注浆锚固支护,降低顶板裂隙扩张破坏作用,提高顶板整体稳定性。

(1)巷道进入F3断层应力区后顶板锚杆参数进行优化。顶板每排布置5根锚杆,其中第一排锚杆中三根为左旋无纵筋螺纹钢锚杆,锚杆长度为2.5 m,直径为22 mm;两根为注浆锚杆,长度为3.0 m,直径为30 mm,注浆锚杆交错布置,见图2。

图2 15201运输顺槽断层应力区联合支护断面、平面

(2)锚杆排距为1.2 m,第二排锚杆布置一根注浆锚杆,且布置在巷道中部,相邻两排注浆锚杆成“一.二.一”布置方式。

(3)同一排锚杆外露端安装一根长度为4.2 m(5孔),宽度为0.32 m的 “JW”型钢带,钢带与锚杆之间采用钢方垫、螺母进行预紧。

(4)锚杆锚固后将注浆软管插入注浆锚杆中部圆孔内,并采用专用注浆泵进行注浆。注浆液采用聚氨酯粘合剂,注浆压力为1.2 MPa。注浆期间发现顶板煤岩体裂隙有返浆现象时,及时停止注浆。

3.2 桁架锚索支护

桁架锚索支护主要通过调整锚索角度,对锚索施加预应力从而削弱应力对顶板破坏作用。

(1)将原巷道顶板每排三根锚索替换为每排两根,两根锚索长度为6.3 m,直径为21.8 mm,锚索布置间距为2.5 m,两根锚索与顶板夹角为70°,锚索外露长度为0.25 mm,锚索排距为2.4 m。

(2)同一排两根锚索施工完后,分别对两根锚索外露端安装两根长度为1.3 m,直径为15 mm圆钢托架,并采用双向张拉器对两根托架施加横向预应力,预应扭矩为240 N.m。

(3)圆钢托架将横向预应力传递至两根锚索上,在预应力作用下两根锚索产生一个垂直钻孔壁斜向上的作用分力,该作用分力有对垂直向下的应力进行削弱作用。

3.3 矩形钢棚支护

通过安装矩形钢棚,进一步提高顶板稳定性,当顶板出现大变形时钢棚对顶板产生一个被动支撑作用力,防止顶板冒漏、垮落事故发生。

(1)矩形钢棚主要由顶梁、棚腿、固定锚杆、卡缆、地锚、底座等部分组成,顶梁长度为4.2 m,棚腿长度为3.2 m。

(2)当巷道掘进至断层应力区后及时安装矩形钢棚,钢棚安装顺序为:底座→棚腿→顶梁→固定锚杆,钢棚安装后保证钢棚顶梁与两帮垂直。

(3)钢棚安装间距为1.5 m,钢棚安装后在棚腿、顶梁与围岩间隙处填充水泥背板,水泥背板长度为1.6 m,宽度为0.3 m。

4 结语

盛泰煤矿对15201运输顺槽过F3断层期间采取合理有效的掘进工艺及支护技术,通过实际应用取得了显著成效:

1)15201运输顺槽过F3断层期间采用 “分层爆破”施工工艺,解决了机械化掘进一次性成巷时,顶板支护不及时导致顶板破碎、垮落等技术难题,减少了机械设备破岩量,降低了设备故障率。

2)通过对断层应力区顶板采取联合支护技术后,有效控制了应力作用下顶板出现破碎、断裂等现象,提高巷道顶板整体稳定性,通过现场观察发现,采取联合支护措施后,顶板最大下沉量为0.24 m,局部出现破碎现象,但未发生冒漏事故,保证了巷道安全快速掘进。

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