【摘要】針對(duì)急傾斜特厚易燃煤層多分段綜放開(kāi)采采動(dòng)影響大，巷道容易變形，木棚、工字鋼梯形支架配合普通圓鋼錨桿支護(hù)不能滿足高壓力松軟破碎煤層巷道和開(kāi)切眼支護(hù)要求的具體情況，研究應(yīng)用高輕度錨桿、錨索在不同巷道的支護(hù)技術(shù)，解決了巷道及大斷面開(kāi)切眼的支護(hù)問(wèn)題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。著重介紹了高強(qiáng)度的錨桿、錨索支架在工作面回風(fēng)巷道的頂板支護(hù)、巷幫支護(hù)，開(kāi)切眼第一次開(kāi)掘斷面支護(hù)、第二次開(kāi)掘斷面支護(hù)的主要技術(shù)參數(shù)和材料以及試驗(yàn)應(yīng)用情況。詳細(xì)說(shuō)明了頂板支護(hù)、兩幫支護(hù)、錨索安裝的具體過(guò)程。最后將錨桿支護(hù)與原有棚式支護(hù)及混合支護(hù)綜合費(fèi)用進(jìn)行了對(duì)比。提出了采用該技術(shù)增大了巷道和開(kāi)切眼支護(hù)強(qiáng)度，減少了巷道變形量，可防止巷道片幫冒頂，消除了煤巷自然發(fā)火，降低了綜合費(fèi)用。該技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單、掘進(jìn)功效高、勞動(dòng)強(qiáng)度降低，有利于提高綜放工作面單產(chǎn)水平，促進(jìn)礦井安全高效生產(chǎn)，可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
概況
隨著煤炭技術(shù)的發(fā)展，錨桿支護(hù)已成為當(dāng)今世界煤炭開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。1996-1997年引進(jìn)澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)，在扎賚諾爾礦務(wù)局進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)演示，基本上解決了一般條件下巷道支護(hù)問(wèn)題，但復(fù)合頂板、松軟破碎煤層巷道錨桿支護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究成果和應(yīng)用實(shí)例還很少，尚處于研究階段。扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司鐵北煤礦2001-2002年與湖北新南方技術(shù)股份有限公司開(kāi)采所共同研究綜采放頂煤開(kāi)采條件下高壓力松軟破碎煤層巷道錨桿支護(hù)技術(shù)取得了顯著成效，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益，并在扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司所有礦井中推廣應(yīng)用。
鐵北煤礦是一座年產(chǎn)300萬(wàn)t全國(guó)特級(jí)高產(chǎn)高效礦井，2010年生產(chǎn)原煤220萬(wàn)t。鐵北煤礦開(kāi)采平均厚度51.51m、傾角45°的急傾斜特厚易燃煤層，普氏系數(shù)f=1-3，埋藏深度465~514m，頂板巖性為炭質(zhì)泥巖和粉砂巖，賦存不穩(wěn)定，直接頂為砂巖或粉砂巖，老頂為粉砂巖及細(xì)砂巖；底板為泥質(zhì)膠結(jié)中的中、粗砂巖，常具有似鮞狀結(jié)構(gòu)。采用水平分段綜采放頂煤開(kāi)采，開(kāi)切眼和工作面巷道易底鼓、易片幫、易冒頂，支護(hù)難度大。
1.巷道、開(kāi)切眼支護(hù)及變形原因分析
1.1支護(hù)形式及支護(hù)狀況
礦井采用水平分段綜采放頂煤開(kāi)采，分段高度13m，工作面巷道均為梯形斷面的全煤巷道，運(yùn)輸巷上寬2.8m，下寬3.8m，高2.5m，凈斷面積8.25m2，回風(fēng)巷上寬2.4m，下寬3.4m，高2.5m，凈斷面積7.25m2，開(kāi)切眼上寬2.4m，下寬3.4m，高2.5m，凈斷面積7.25m2，長(zhǎng)度245-249m，煤層上部為采空區(qū)。采用木棚和11#工字鋼梯形支架配合圓鋼普通錨桿支護(hù)，易片幫冒頂，維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高，巷道發(fā)火頻繁，頂?shù)装遄畲笠平?200mm，兩幫最大移近量980mm；開(kāi)切眼斷面積小，綜采設(shè)備安裝困難。回采期間工作面兩出口片幫嚴(yán)重，巷道起底高度達(dá)1.5m以上，嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)安全。
1.2巷道變形原因分析
?、诺V井開(kāi)采深度大，礦山壓力大。
?、颇九锖?ldquo;工”字鋼支架配合普通圓鋼錨桿支護(hù)強(qiáng)度小，支架與錨桿不同時(shí)受力，錨桿初錨力大，木架初撐力小，錨桿受力損壞，木棚受力增大，各個(gè)擊破，不能有效的支護(hù)巷道。
⑶井田走向長(zhǎng)度小，2個(gè)分段同時(shí)采掘生產(chǎn)，采動(dòng)影響大。
?、让簩铀绍浧扑?，偽頂、偽底泥巖多，遇水膨脹，易底鼓，圍巖支撐力小。
2.井下試驗(yàn)情況
高輕度錨桿支護(hù)技術(shù)研究試驗(yàn)分為巷道和開(kāi)切眼支護(hù)試驗(yàn)兩部分，一部分在408、409工作面回風(fēng)巷道試驗(yàn)，另一部分在501、502綜采工作面開(kāi)切眼支護(hù)試驗(yàn)。累計(jì)試驗(yàn)支護(hù)工作面巷道1258m，兩個(gè)寬度6.2m、高2.5m、凈斷面積15.5m2，共計(jì)長(zhǎng)度292m的大斷面開(kāi)切眼，試驗(yàn)總長(zhǎng)度1350m；頂、底板最大移近量52mm，兩幫最大移近量68mm，斷面收斂?jī)H為8.9%?，F(xiàn)已支護(hù)掘進(jìn)巷道30000m，支護(hù)安裝了8個(gè)大斷面開(kāi)切眼，均未出現(xiàn)支護(hù)問(wèn)題。
3.錨桿支護(hù)主要參數(shù)及材料
3.1工作面回風(fēng)巷道
3.1.1頂板支護(hù)
采用長(zhǎng)度2200mm、直徑20mm的左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼支護(hù)，桿尾螺紋M22，采用一支K2335、一支Z2360樹(shù)脂錨固劑加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度950mm，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排距750mm，間距750mm，靠近煤壁一側(cè)的錨桿安裝角度與垂線成30°，靠近頂板一側(cè)的錨桿安裝角度與垂線成45°，其他錨桿垂直頂板布置，并配套220-3-2400-4-750型W鋼帶和12號(hào)鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長(zhǎng)度2400mm，4個(gè)孔眼，孔間距750mm。錨桿托板采用120（120拱形高強(qiáng)度托盤(pán)，長(zhǎng)度7m、直徑15.24mm、1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，一支K2335、兩支Z2360錨固劑錨固，錨固長(zhǎng)度1500mm，鉆孔直徑28mm，每隔兩排打一根錨索，安裝在頂板中部，錨索間距1500mm。
3.1.2巷幫支護(hù)
采用長(zhǎng)度2200mm、直徑20mm的左旋無(wú)縱筋高輕度螺紋鋼支護(hù)，一支Z2360錨固劑錨固，錨固長(zhǎng)度600mm，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排距750mm，間距750mm，上、下兩幫角錨桿與水平線呈10°安裝，其他錨桿垂直煤幫；12號(hào)鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)和采用直徑14mm、寬度100mm、長(zhǎng)度2400mm的SB-14-100-2400-4型鋼筋托梁護(hù)幫，托梁長(zhǎng)度2400mm，寬度100mm，4個(gè)錨桿眼孔，布置錨桿排、間距為7500mm。
3.2開(kāi)切眼
開(kāi)切眼斷面較大，采用分段面兩次掘進(jìn)法。先掘進(jìn)3.4m×2.5m的斷面，再掘進(jìn)2.8×2.5m的斷面，兩次掘進(jìn)形成寬度6.2m、高度2.5m的大斷面開(kāi)切眼。
3.2.1第一次開(kāi)掘斷面支護(hù)
頂板支護(hù)：采用長(zhǎng)度2200mm、直徑22mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)，一支K2335、一支Z2360樹(shù)脂錨固劑錨固，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排、間距750mm，靠煤幫的錨桿與垂線成30°安裝，其他錨桿垂直頂板布置，配套220-3-3200-5-750型W鋼帶和3200mm×850mm菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長(zhǎng)度3200mm，5個(gè)孔眼，孔間距750mm。每2排錨桿打1根錨索，錨索排距1.5m。錨桿托板、錨索型號(hào)及錨固方法與巷道的相同。巷幫支護(hù)：待擴(kuò)巷幫（采煤機(jī)側(cè)巷幫）采用直徑18mm、長(zhǎng)度1800mm的可切割玻璃鋼錨桿支護(hù)，其他支護(hù)與巷道巷幫支護(hù)相同。
3.2.2第二次開(kāi)掘斷面支護(hù)
頂板支護(hù)：采用長(zhǎng)度2200mm、直徑22mm高強(qiáng)度錨桿支護(hù)，一支K2335、一支Z2360樹(shù)脂錨固劑錨固，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排、間距750mm，靠煤幫的錨桿與垂線成30°安裝，其他錨桿垂直頂板布置；配套220-3-2450-4-750型W鋼帶和12號(hào)鐵絲編織的2800mm×850mm菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長(zhǎng)度3200mm，4個(gè)孔眼，孔間距750mm，每排安裝4根錨桿、1根錨索，錨索交錯(cuò)布置，1根安裝在頂板靠近煤幫一側(cè)，另一根安裝在頂板中部，兩排錨索水平間距1600mm。巷幫錨桿托板采用木托板配合拱形高強(qiáng)度托板，木托板規(guī)格為300mm×200mm×50mm；其他與第一次掘進(jìn)支護(hù)相同，巷幫支護(hù)同每一次掘進(jìn)的待擴(kuò)幫支護(hù)相同。
4.施工工藝
頂板支護(hù)：掘進(jìn)割煤→打掉危巖、出煤→鋪金屬網(wǎng)→托上鋼筋托梁→臨時(shí)支護(hù)→鉆頂板中部錨桿孔→清孔→安裝樹(shù)脂藥卷和錨桿→用錨桿機(jī)攪拌樹(shù)脂藥卷至規(guī)定時(shí)間→停止攪拌并等待1min→安裝其他頂板錨桿。
兩幫支護(hù)：高強(qiáng)度錨桿支護(hù)的一側(cè)為鉆孔→清孔→鋪金屬網(wǎng)→安裝鋼筋托梁→安裝樹(shù)脂藥卷和錨桿→攪拌樹(shù)脂藥卷→等待1min→擰緊螺母→安裝其他幫錨桿。玻璃鋼錨桿支護(hù)的一側(cè)為鉆孔→清孔→安裝樹(shù)脂藥卷和錨桿→攪拌樹(shù)脂藥卷→等待1min左右→擰緊螺母→安裝替他幫錨桿。
錨索安裝：鉆孔→清孔→暗轉(zhuǎn)樹(shù)脂藥卷和錨索→攪拌樹(shù)脂藥卷→等待1min→裝托板和錨具→張拉錨索→切割多余部分。
5.錨桿支護(hù)與原有棚式支護(hù)及混合支護(hù)綜合費(fèi)用比較
5.1工作面巷道費(fèi)用比較
從支護(hù)材料、工人工資、巷道維修費(fèi)用、巷道防滅火費(fèi)用、支護(hù)材料的運(yùn)輸及回收費(fèi)用等5個(gè)方面綜合比較如下表一所示，高強(qiáng)度錨桿支護(hù)巷道綜合費(fèi)用為1321.2元/m，木棚配合普通錨桿錨網(wǎng)密集支護(hù)巷道綜合費(fèi)用為1659元/m，工字鋼梯形支架配合配合普通錨桿錨網(wǎng)支護(hù)巷道綜合費(fèi)用為1787.7元/m，高強(qiáng)度錨桿支護(hù)巷道綜合費(fèi)用分別比木棚、工字鋼支架低337.8元和466.5元。年掘進(jìn)煤巷12000m，可節(jié)余支護(hù)費(fèi)用500多萬(wàn)元。
5.2開(kāi)切眼支護(hù)綜合比較
從支護(hù)材料費(fèi)、綜采設(shè)備安裝費(fèi)、安裝工期等幾個(gè)方面進(jìn)行比較。高強(qiáng)度錨桿支護(hù)材料費(fèi)11.67萬(wàn)元，施工及安裝費(fèi)9.12萬(wàn)元，采用木棚配合普通錨桿聯(lián)合支護(hù)材料費(fèi)7.05萬(wàn)元，施工及安裝費(fèi)8.9萬(wàn)元。采用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)比木棚支護(hù)的支護(hù)材料費(fèi)和施工及安裝費(fèi)用多4.84萬(wàn)元，但可提前4天投產(chǎn)，多產(chǎn)煤1.6萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)28.8萬(wàn)元，凈增收入23.96萬(wàn)元。每年安裝4個(gè)綜采工作面可增收節(jié)支95.84萬(wàn)元。
6.總結(jié)
采用高強(qiáng)度錨桿配合菱形金屬網(wǎng)、W鋼帶、樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固支護(hù)高壓力松軟破碎煤層巷道和大斷面開(kāi)切眼，小直徑預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，增大了巷道和開(kāi)切眼支護(hù)強(qiáng)度，減少了巷道變形量，可防止巷道片幫冒頂，消除了煤巷自然發(fā)火，降低了綜合費(fèi)用，每年可創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益430-650萬(wàn)元。該技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單、掘進(jìn)功效高、勞動(dòng)強(qiáng)度降低，有利于提高綜放工作面單產(chǎn)水平，促進(jìn)礦井安全高效生產(chǎn)，可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
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