常 明
(霍州煤電李雅莊煤礦)
西北某礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 500萬t/a,主采3#煤層,煤層平均厚度為6.24 m,現(xiàn)處于礦井建設(shè)階段。此礦井主采煤層埋深約680 m,屬于深部礦井開采,地壓大,巷道頂板及兩幫巖石變形較大,有片幫底臌現(xiàn)象。
為加快礦井建成投產(chǎn)速度,對首采工作面3401工作面回風(fēng)順槽(1)、回風(fēng)順槽(2)采用雙巷相錯(cuò)一定距離同時(shí)掘進(jìn)。已掘進(jìn)巷道揭露煤層幫部易片幫,尤其是肩窩位置片幫嚴(yán)重。由于錨桿鉆孔成孔質(zhì)量是錨桿錨固性能的重要因素,深部礦井臨近巷道雙巷掘進(jìn)中受支承壓力疊加影響,煤壁破碎,巷道變形較大,勢必影響幫部錨桿成孔質(zhì)量,進(jìn)而影響幫部錨桿錨固性能。針對雙巷掘進(jìn)巷道支護(hù)錨桿的錨固性能影響,以3401工作面回風(fēng)順槽(2)為研究對象,對幫部錨桿錨固性能受影響程度進(jìn)行研究。
3401工作面長度3 800 m,見圖1。巷道布置在3煤層中,沿煤層底板掘進(jìn)。地質(zhì)條件中等,煤、巖層地層傾角一般1°~3°。所揭露的煤、巖層屬于軟弱到半堅(jiān)硬巖層,各類巖石在自然狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度在2.3 MPa~26.4 MPa之間。
3401工作面回風(fēng)順槽(1)掘進(jìn)工作面超前回風(fēng)順槽(2)工作面約150 m,雙巷間煤柱寬度40 m,巷道兩側(cè)支承壓力峰值約為原巖壓力的1.5倍,影響范圍約1.5 m~4 m。受支承壓力的疊加影響,煤柱幫部較破碎,但可保持整體穩(wěn)定。
圖1 工作面平面圖
巷道規(guī)格寬×高=4 200 mm×4 100 mm,采用錨索網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)形式,如圖2,具體參數(shù)為:
錨桿:頂幫均采用φ22×2 400 mm螺紋鋼錨桿,托盤選用Q235型鋼,規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm;錨桿錨固力≥80 kN,預(yù)緊扭矩≥250 N·m。
金屬網(wǎng):網(wǎng)片選用φ6鋼筋焊接的金屬焊網(wǎng),網(wǎng)片規(guī)格1 000 mm×2 000 mm。頂板鋼筋網(wǎng)呈橫向鋪設(shè),幫部鋼筋網(wǎng)呈縱向鋪設(shè)。
錨索:錨索選用φ18.9×6 300 mm鋼絞線;托盤選用Q235型鋼,規(guī)格為280 mm×280 mm×20 mm;錨固力≥250 kN,預(yù)緊力≥200 kN。
W鋼護(hù)板:規(guī)格280 mm×450 mm×5 mm四邊壓棱,頂部以下第二根和第三根錨桿采用鋼護(hù)板加強(qiáng)支護(hù)。
圖2 巷道支護(hù)斷面圖
通過鉆孔內(nèi)部窺視、錨桿拉拔力檢測等手段,對煤壁變形破碎情況和錨桿實(shí)際錨固性能進(jìn)行深入分析,進(jìn)而反應(yīng)雙巷掘進(jìn)中錨桿錨固性能受影響程度。
在煤壁左右兩幫距頂?shù)装?m位置,分別鉆取兩個(gè)深度5 m觀測孔,具體位置詳見圖3。
圖3 窺視孔布置圖
對觀測圖像進(jìn)行對比觀測,結(jié)果如下:
圖4 鉆孔窺視圖
由圖4得出以下結(jié)論:
(1)幫部右側(cè)煤壁(實(shí)體煤側(cè))明顯的變形破碎影響深度約為0.2 m,幫部0.2 m以里的鉆孔圍巖完整,成孔質(zhì)量好,錨桿設(shè)計(jì)長度2.2 m,采用端頭錨固,錨固長度約為1.5 m,因此此種情況對錨桿錨固沒有明顯影響。但是由于幫部表面破碎,錨桿施工時(shí)應(yīng)增加襯墊,保證預(yù)緊力。
(2)由于雙巷掘進(jìn)時(shí)兩巷間煤柱受支承應(yīng)力的重疊影響,煤壁片幫嚴(yán)重,幫部左側(cè)煤壁變形(煤柱側(cè))破碎影響深度約為0.5 m~0.6 m,明顯大于右側(cè)煤壁,不影響整體成孔質(zhì)量。此變形影響深度仍然對錨桿錨固無明顯影響,錨桿施工時(shí)也應(yīng)增加襯墊,保證預(yù)緊力。
(3)煤柱一側(cè)的煤壁變形破碎情況明顯差于實(shí)體煤一側(cè),表明雙巷掘進(jìn)時(shí)對煤壁的影響程度較單巷掘進(jìn)大,但均對此設(shè)計(jì)下錨桿錨固性能沒有太大影響。
(4)錨桿架設(shè)支護(hù)時(shí),由于幫部圍巖松軟破碎范圍較大,應(yīng)該適當(dāng)加大鉆孔深度,防止錨桿預(yù)緊時(shí)產(chǎn)生桿體外露過長,造成錨桿失效。
根據(jù)支護(hù)設(shè)計(jì)要求,3401工作面回風(fēng)順槽(2)支護(hù)錨桿進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn),十根錨桿一組,進(jìn)行三組試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:
表1 錨固力拉拔試驗(yàn)
由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,試驗(yàn)拉拔的錨桿均能達(dá)到設(shè)計(jì)80KN單位數(shù)值,采用φ22×2 400 mm螺紋鋼錨桿、MSCK2350和MSK2350錨固劑的材料組合形式,可以滿足設(shè)計(jì)錨固力的要求,雙巷掘進(jìn)對設(shè)計(jì)中錨桿錨固力沒有明顯影響。
通過采用鉆孔窺視、錨桿拉拔試驗(yàn)等多種方法對巷道支護(hù)錨桿錨固性能的影響研究,可以發(fā)現(xiàn)雙巷掘進(jìn)時(shí)幫部片幫嚴(yán)重,煤柱一側(cè)的煤壁變形破碎情況明顯差于實(shí)體煤一側(cè),雙巷掘進(jìn)時(shí)對設(shè)計(jì)中錨桿錨固力沒有明顯影響。由于幫部圍巖松軟破碎,施工過程中應(yīng)該適當(dāng)加大鉆孔深度,防止錨桿失效。深部礦井雙巷掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù),為本礦巷道支護(hù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),也為其他類似問題礦井提供了借鑒。