汾西礦業集團公司的煤系地層巖石多為泥巖、泥質頁巖、砂巖、高嶺土泥巖,層理、節理較發育,有的受水理作用大,陷落柱及小型斷層為井田主要構造形式。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。經過不斷探索,汾西礦業集團公司在軟巖礦區由煤巷小斷面錨桿支護技術發展到綜采切眼大斷面錨桿支護技術。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 傳統的綜采切眼掘進支護方法
傳統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,具有一定的危險性。且傳統的切眼支護方式制約安裝工作,作業人員有效利用空間小,作業安全性不高,在切眼內進行“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象的發生。
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,采用了現場調查和地質力學評估、初始設計、井下監測和信息反饋、修正設計和日常監測的動態信息設計方法。
現場調查內容包括圍巖強度、圍巖結構、地應力及錨固性能測試等。在現場調查內容的基礎上進行地質力學評估和圍巖分類,為初始設計提供可靠的參數。初始設計采用數值計算和經驗相結合的方法進行,根據圍巖參數和已有實測數據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測,根據監測結果驗證或修正初始設計。正常施工后還要進行日常監測,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,節理發育,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工作面主體構造為一單斜構造,次生小向、背斜,構造極為簡單,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,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:端錨錨桿規格號為16mm×1800mm,間排距800mm,矩形布置;錨索規格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,排內每兩根錨索配合槽鋼托梁結合成一個支護整體。槽鋼橫向布置,在巷道中心線兩側左右對稱支護,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。右幫采用錨桿一網一木托板進行支護,幫錨桿規格為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,并用構木盤幫。
