掘进巷道过陷落柱安全技术措施

分类：信息安全论文发表 时间：2019-06-18 13:55 关注：(1)

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　　关键词掘进;陷落柱;支护;措施

　　1工程概述

　　潞安集团屯兰矿北三胶带机巷位于北三盘区，巷道以东为北三轨道巷，以西为西翼回风石门，以南为右翼回风石门，东北为西翼胶带机巷。北三胶带机巷设计长度为627m，巷道断面规格为宽×高=4.4×3.0m，巷道从西翼胶带机巷开口沿4#煤层施工497m后，以+8°坡施工71m见2#煤层，再沿2#煤层施工59m至盘区边界。4#煤层平均厚度3.0m，直接顶主要以炭质泥岩为主，平均厚度为2.7m，基本顶主要以细砂岩为主，平均厚度为9.7m，截至目前巷道已掘进335m。根据屯兰矿地测科提供钻探资料显示，北三胶带机巷掘进至327m处时揭露一条陷落柱X4，在水平面上投影呈椭圆形。陷落柱长轴长为54m，短轴长为28m，短轴与巷道夹角为47°。陷落柱墙体内主要以炭质泥岩、粉砂岩以及煤等混合岩层为主，岩层胶结稳定性差，呈破碎状，岩体单轴抗压强度为14.5MPa。X4陷落柱对施工巷道影响长度为46m。

　　2过X4陷落柱技术难题

　　2.1原巷道支护设计

　　北三胶带机巷初步支护设计中巷道采用锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护。顶板支护：顶板锚杆采用杆体为Ф20mm左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，长度2400mm，杆尾螺纹为M24，型号为MSGLW-500/20×2400，每排布置5根，锚杆间距×排距=0.9×1.0m;锚索采用Ф22mm的单根钢绞线，长度7300mm，型号为：SKP22-1/1720-7.3，每排布置3根锚索，锚索间距×排距=1.8×3.0m;顶板钢带采用规格为长×宽×厚=4.2×0.25×0.04m的“W”型钢带，每根钢带穿插五根锚杆。帮部支护：护帮锚杆采用杆体为Ф20mm左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，长度2000mm，型号为MSGLW-500/20×2000。每根锚杆配套一块规格为长×宽=0.45×0.25m的钢带，巷帮共施工三排护帮，护帮间排距为1.0m。

　　2.2存在的技术难题

　　(1)北三胶带机巷过陷落柱期间巷道顶板及帮围岩为陷落柱墙体破碎混合岩体，稳定性差，原巷道护帮锚固端位于破碎岩体内，受构造应力及采动压力影响，护帮锚杆支护效果较差，易失效。(2)巷道第一排护帮锚杆与顶板间距为0.5m，顶板端锚杆与巷帮间距为0.4m，巷道顶板与帮之间三角煤柱支护不到位，巷道在过陷落柱期间三角煤柱难以预留，垮落现象会较严重。(3)由于巷道宽度大，过陷落柱期间巷道顶板压力集中显现，造成顶板破碎严重，下沉量大，原顶板锚杆、锚索以及W型钢带维护时支护断面小，对破碎顶板维护效果差，通过对前期巷道过陷落柱顶板观察发现，顶板锚杆失效严重，钢带受压出现断裂，钢带与钢带之间顶板出现网兜、冒落现象等。

　　3优化联合支护

　　为了保证施工巷道安全快速过X4陷落柱，提高巷道围岩稳定性，决定采用“注浆+架设L型钢棚+安装多筋加粗梯子梁”等联合支护措施进行维护。

　　3.1注浆支护

　　(1)施工巷道掘进至335m处时在工作面施工一排注浆钻孔，其中顶板注浆孔3个，距顶板间距为1.0m，钻孔间距为1.5m，钻孔深度为5.0m，且与顶板呈30°仰角布置;两边巷帮各布置1个，距巷帮间距为0.5m，钻孔深度为5.0m，与巷帮呈30°夹角布置。(2)钻孔施工完后采用高压注浆泵依次向钻孔内注射马丽散混合液，注浆压力不得低于1.5MPa，注浆期间发现煤体有浆液渗出时立即停止注浆，并对钻孔进行封堵处理。(3)第一钻孔注浆完成后，巷道掘进3.0m时施工第二排注浆钻孔并进行注浆工序，相邻两排注浆孔叠加距离为0.8m，依次类推直至巷道完全过陷落柱。

　　3.2架设“L”型钢棚

　　(1)北三胶带机巷掘进至335m处，在巷道两帮架设“L”型工字钢棚。钢棚主要由棚腿、顶梁及底座组成，棚腿长度为3.0m，顶梁长度为1.5m，顶梁中部焊制一个直径为30mm圆孔。巷道每掘进1.0m架设两架“L”型钢棚。(2)首先在架设钢棚位置将棚腿底座固定在坚硬底板上，且采用反麻花式地锚将其固定。底座固定后将棚腿与底座采用连接螺栓进行固定，在巷帮施工两根长度为1.0m锚杆并采用抱箍将棚腿与巷帮固定。(3)棚腿固定后在顶板设计位置施工一根长度为2.0m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，将顶梁穿插在锚杆上并采用钢方垫及螺母将其与顶板预紧固定，预紧力不得低于200N•m。顶梁与顶板固定后采用卡缆将顶梁与棚腿固定连接。

　　3.3安装多筋加粗梯子梁

　　(1)北三胶带机巷过陷落柱期间顶板施工的多筋加粗梯子梁主要由6根长度为4.2m、直径为20mm圆钢，3根长度为8.3m高预应力钢绞线，3块长度为0.5m、宽度为0.28m“JW”型钢带，4根夹板以及若干根圆钢托架组成，如图1所示。(2)当施工巷道过陷落柱期间巷道顶板每施工两排永久支护后，在相邻两排永久支护中间施工一组多筋加粗梯子梁，梯子梁间距为1.0m，相邻两组梯子梁之间采用两根长度为0.8m圆钢托架进行连接。(3)首先在巷道顶板施工三根锚索，锚索间距为1.5m。将6根圆钢采用夹板进行固定形成梯子梁，圆钢间间距为0.08m，固定后梯子梁总宽度为0.5m。(4)将梯子梁穿插在顶板锚索上并及时安装“JW”型钢带，采用钢方垫及锁具对其预紧，预紧力不得低于233kN。

　　4应用效果

　　北三胶带机巷在过X4陷落柱时通过技术研究，采用“注浆+架设L型钢棚+安装多筋加粗梯子梁”等联合支护措施对破碎顶板及巷帮进行维护，实际应用中取得了显著效果。(1)采用注浆支护后大大提高了陷落柱附近煤岩体胶结稳定性及承载能力。通过观察发现，注浆后破碎煤岩体单轴抗压强度由原来的17.6MPa提高至54.2MPa，保证了锚杆锚固强度，注浆后锚杆抗拉拔力提高至103kN。(2)通过施工“L”型钢棚对巷道顶板与巷帮之间的三角煤柱进行维护，解决了因锚杆支护强度低、支护不到位，造成三角煤柱维护难度大、局部垮落等技术难题。北三胶带机巷过X4陷落柱期间共计施工39组“L”型钢棚，在施工钢棚处三角煤柱未发现破碎、垮落现象。(3)北三胶带机巷顶板施工多筋加粗梯子梁，弥补了顶板钢带支护强度低、支护面积小的不足，加大了顶板支护面积，有效防止了破碎顶板下沉、离层、局部冒顶等现象。施工多筋梯子梁后，提高了顶板平整性，顶板最大下沉量仅为0.10m，未出现大面积破碎、网兜等现象。

　　【参考书目】

　　[1]杨雷.U型棚在掘进巷道过陷落柱的创新与应用分析[J].矿业装备，2017(06)：62-63.

　　[2]李胜伟.掘进巷道快速通过陷落柱施工技术[J].煤炭与化工，2013，36(08)：107-109.

　　[3]关文华.掘进巷道过岩溶陷落柱施工技术[J].煤炭技术，2007(04)：89-91.

　　[4]杜全国.巷道掘进中过“陷落柱”围岩控制技术研究[J].世界有色金属，2017(02)：224+226.

　　[5]周岩.巷道掘进中安全通过陷落柱破碎区技术的应用[J].山西煤炭，2009(02)：37-38.

　　作者：李杰 单位：西山煤电集团屯兰矿