汾西礦業(yè)集團公司的煤系地層巖石多為泥巖、泥質(zhì)頁巖、砂巖、高嶺土泥巖,層理、節(jié)理較發(fā)育,有的受水理作用大,陷落柱及小型斷層為井田主要構(gòu)造形式。近距離煤層開采受采動影響大,新建礦井多為復合頂板,屬典型的軟巖礦區(qū)。經(jīng)過不斷探索,汾西礦業(yè)集團公司在軟巖礦區(qū)由煤巷小斷面錨桿支護技術(shù)發(fā)展到綜采切眼大斷面錨桿支護技術(shù)。2003年煤巷錨桿支護巷道占總進尺的52.46%,綜采切眼錨支率達到100%。
1 傳統(tǒng)的綜采切眼掘進支護方法
傳統(tǒng)的綜采切眼采用梯形斷面,支護方式為木棚支護,棚梁中部加打兩根金屬支柱加強支護,棚距一般為0.6~0.8m,該支護方式掘進速度慢,材料消耗大,配置人員多,勞動強度大,人工費用高。架設大抬棚的笨重作業(yè),具有一定的危險性。且傳統(tǒng)的切眼支護方式制約安裝工作,作業(yè)人員有效利用空間小,作業(yè)安全性不高,在切眼內(nèi)進行“替柱、回柱”和回“大梁、柱腿”等支架設備安裝時,存在較大的安全隱患。這種支護方式不能對頂板及周圍的煤體進行早期管理,不能有效抑制頂板離層和冒頂現(xiàn)象的發(fā)生。
2 綜采切眼錨桿支護設計方法
針對圍巖具有復雜、多樣的特點,與科研院所合作,采用了現(xiàn)場調(diào)查和地質(zhì)力學評估、初始設計、井下監(jiān)測和信息反饋、修正設計和日常監(jiān)測的動態(tài)信息設計方法。
現(xiàn)場調(diào)查內(nèi)容包括圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應力及錨固性能測試等。在現(xiàn)場調(diào)查內(nèi)容的基礎上進行地質(zhì)力學評估和圍巖分類,為初始設計提供可靠的參數(shù)。初始設計采用數(shù)值計算和經(jīng)驗相結(jié)合的方法進行,根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實測數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設計。將初始設計實施于井下,并進行詳細的圍巖位移和錨桿受力監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果驗證或修正初始設計。正常施工后還要進行日常監(jiān)測,以保證巷道安全。
3 雙柳礦208綜采工作面切眼錨桿支護實例
3.1 工作面切眼的基本情況
開采山西組3#、4#合并煤層,厚度3.41m,煤層傾角2~4°,直接頂為泥巖,厚度為1.26m,極易破碎,其上為1.03m的粉砂巖,節(jié)理發(fā)育,之上為1.91m的泥巖,較破碎,再上為0.28m的一層煤線,再上為2.38m的泥頁巖,非常破碎,之上是10.04m的砂巖;老底為K3砂巖,厚度為9.0m。208工作面主體構(gòu)造為一單斜構(gòu)造,次生小向、背斜,構(gòu)造極為簡單,工作面地層走向N0°,傾向約N270°,傾角3~4°。最大水平主應力為6.31MPa,最小水平主應力為3.76MPa;最大水平主應力方向北偏西48.7°。巷道垂直主應力9.06MPa。巷道斷面呈矩形,寬6m,高2.8m,掘進斷面積為16.82m2。采用綜掘機掘進一次成巷。
3.2 巷道支護
巷道采用樹脂端錨錨固錨桿組合支護系統(tǒng),并進行錨索補強和單體液壓支柱加強支護。
(1)頂板支護。永久支護形式:端錨錨桿規(guī)格號為16mm×1800mm,間排距800mm,矩形布置;錨索規(guī)格15.24mm×6400mm,配套使用一支K2355、一支Z2355型樹脂錨固劑及4m長槽鋼托梁,排內(nèi)每兩根錨索配合槽鋼托梁結(jié)合成一個支護整體。槽鋼橫向布置,在巷道中心線兩側(cè)左右對稱支護,托梁間距為2.4m,錨索間距為2.4m。頂錨桿為每排8根。錨索滯后工作面距離不大于2.4m。
(2)加強支護。采用π型鋼棚加強支護,梁長3.6m,棚腿采用DZ-35型單體液壓支柱,棚距1.6m,π型鋼棚垂直巷中心線左右對稱布置,π型鋼棚下單體支柱距巷中心線為左右各1.5m。架π型鋼棚滯后工作面不超過10m。
(3)巷幫支護。右?guī)筒捎缅^桿一網(wǎng)一木托板進行支護,幫錨桿規(guī)格為16mm×1600mm,間距900mm,排距800mm,矩形布置。左幫采用貼幫戴帽點柱進行支護,支柱采用DZ-35單體液壓支柱,柱帽采用木托板,戴帽點柱間距1m,并用構(gòu)木盤幫。