王 偉
(山東華源礦業(yè)集團有限公司友眾煤業(yè),山東 新泰 271200)
友眾煤業(yè)3#煤層厚度為1.33~2.78 m,平均厚度2.16 m;含1~2 層夾矸,夾矸厚度為0.24~0.56 m,平均厚度0.39 m;煤層傾角為3°~12°,平均傾角8°。30104 工作面運輸巷位于+1085 m 水平一采區(qū),存在斷層、仰采、偽頂破碎、頂板淋水、煤壁松軟等難點,30104 運輸巷在掘進過程中預(yù)計揭露F59、F92 斷層,巷道布置情況如圖1。
圖1 30104 工作面運輸巷道布置平面圖
3#煤頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖,內(nèi)生節(jié)理發(fā)育,易冒頂,頂板較難管理,平均厚度23.92 m;底板為泥巖和砂質(zhì)泥巖,性脆,節(jié)理發(fā)育,平均厚度5.85 m。泥巖頂板抗壓強度27.6~90.7 MPa,整體強度不太高;底板抗壓強度64.1~74.2 MPa,整體強度偏低。頂板來壓時強度較低部分頂板容易發(fā)生破壞,進而造成整個頂板失穩(wěn)。
30104 運輸巷長度為1 625.7 m,為矩形斷面,斷面寬度× 高度=4.5 m×3 m。掘進過程中受30215 工作面采動應(yīng)力及斷層影響,巷道在520~570 m 之間的區(qū)域段頂板出現(xiàn)的離層和破碎問題較為嚴重,必須要對巷道原來的支護進行優(yōu)化和加固。
30104 運輸巷為半煤巖巷掘進,采用“錨桿+錨索+鋼筋網(wǎng)+梯子梁+金屬棚子”聯(lián)合支護,方案為:
(1)頂板。頂板采用“錨桿+錨索”支護,每排布置3 根錨桿+3 根錨索。錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼錨桿,間排距為800 mm×1000 mm,每孔使用CKa2350 型和ck2360 型錨固劑各一卷;錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×6500 mm鋼絞線,每根錨索使用2 卷CK2360 的樹脂錨固劑端頭錨固,間排距800 mm×1000 mm,錨索托盤為300 mm×300 mm×15 mm 的Q235 鋼板。
(2)兩幫。兩幫采用“錨桿+梯子梁+鐵公網(wǎng)”永久支護,每排每幫布置3 根。錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼錨桿,間排距為1000 mm×1000 mm,每孔使用CKa2350 型和ck2360 型錨固劑各一卷,每排最上1 根錨桿與頂板的距離設(shè)置為300 mm。30104 工作面運輸巷道原支護方式如圖2。
圖2 30104 運輸巷道原支護方式示意圖(mm)
中空注漿錨索由中空錨桿體、托盤、索具、錨頭、止?jié){塞、螺母等部件組成 ,采用螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲加工而成。中空注漿錨索對破碎圍巖巷道的加固機理如下:
(1)網(wǎng)絡(luò)骨架作用。注漿加固施工過程中,漿液擠壓或滲透至煤巖體裂隙中,漿液在煤巖體裂隙中固結(jié)后組成了網(wǎng)絡(luò)骨架,起到了加固作用。
(2)黏結(jié)補強作用。巷道在掘進過程中破壞了原煤巖體的應(yīng)力平衡,巷道圍巖應(yīng)力重新調(diào)整,漿液在煤巖體裂隙中固結(jié)后的黏結(jié)補強作用有效地提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性。
(3)對巷道圍巖形成的壓密作用。注漿漿液可充填至封閉裂隙和孔隙,對煤巖體起到壓密作用,提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。
(4)中空注漿錨索與錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方案可有效提高巷道穩(wěn)定性,提高支護效果。
基于30104 運輸巷頂板地質(zhì)條件分析,在30104 運輸巷原有支護方式基礎(chǔ)上,對其進行中空注漿錨索加固優(yōu)化支護方案設(shè)計[1-6],如圖3。
圖3 30104 運輸巷優(yōu)化支護方案示意圖(mm)
中空注漿錨索確定選用Φ22 mm×7300 mm,錨索托盤規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm,錨固劑選用MSZ2835。在巷道原支護每2 排錨桿中間位置打設(shè)注漿錨索,間排距1600 mm×2000 mm,距巷道中心線距離800 mm,錨索長度7300 mm。
注漿施工的流程和工藝:
(1)采用頂板錨桿鉆機按間排距1600 mm×2000 mm 鉆注漿錨索鉆孔。
(2)壓風掃孔。打完注漿錨索鉆孔后,對孔內(nèi)泥水和巖煤粉進行清理。
(3)安裝注漿錨索及止?jié){塞。給打好的注漿錨索鉆孔內(nèi)裝入錨固劑→裝入2 卷MSZ2835 樹脂錨固劑→啟動錨桿機將錨固劑頂入孔底→攪拌15~25 s →錨桿機落下、退出錨桿機→鋼絞線外露150~250 mm →距錨索端頭300 mm 位置安裝止?jié){塞。
(4)安裝錨索托盤張拉預(yù)緊,預(yù)緊力≥180 kN。
(5)安裝球形閥及注漿管。根據(jù)注漿孔深度安裝已準備好的注漿管,注漿管安裝前要用棉紗纏在馬牙扣上,用打管器把注漿管打牢、固定好。注漿管安好后,先安球形閥,再安四通及卸壓閥,最后連接注漿管。
(6)注漿管路連接好后,打開其他注漿管閥門,開始注漿。根據(jù)進漿情況,注意注漿壓力,串漿立即關(guān)閉該孔閥門,達到設(shè)計注漿壓力,即可停止注漿。關(guān)閉注漿閥門時,打開卸壓閥,沖洗注漿泵。
(7)注漿完畢后必須開啟注漿泵上的卸壓球閥,待注漿管路內(nèi)壓力釋放后,卸下注漿器,將絲堵擰緊上牢。
為有效檢驗30104 運輸巷頂板注漿錨索加固支護優(yōu)化后的效果,在30104 運輸巷原支護方式巷道內(nèi)布置測站1,在注漿錨索加固支護優(yōu)化后巷道內(nèi)布置測站2,觀測時間設(shè)置為80 d,對注漿錨索加固支護優(yōu)化后的支護效果進行對比分析。如圖4。從圖4 分析可知:30104 運輸巷原支護方式巷道內(nèi)頂板最大下沉量為273 mm,兩幫最大移近量為76 mm,在注漿錨索加固支護優(yōu)化后巷道頂板最大下沉量17 mm,兩幫最大移近量58 mm,減小幅度達到93.8%;兩幫移近量從76 mm 減小至58 mm,30104 運輸巷頂板變形量降低后,也提高了兩幫穩(wěn)定性。
圖4 測站1 和測站2 巷道圍巖變形量