B050201 工作面切眼端頭支護方式的改進(jìn)

1、工作面切眼端頭支護方式的改進(jìn)王鎖奎【晉城煤業(yè)集團鳳凰山煤礦】摘 要 分析比較工作面切眼端頭的兩種支護方式，分別具體介紹它們的設(shè)計和施工方法。關(guān)鍵詞 切眼端頭 支護方式 改進(jìn)工作面切眼端頭支護頂面積較大，是煤礦生產(chǎn)中頂板管理的難點和重點。鳳凰山煤礦改變9#煤層工作面切眼端頭傳統(tǒng)的架棚支護，采用錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護技術(shù)，施工簡單，安全可靠，成功解決了上述難題。以下就鳳凰山煤礦92302工作面切眼端頭架棚支護與92304工作面切眼端頭錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護做對比分析，并分別具體介紹它們的設(shè)計和施工方法。1 地質(zhì)條件92302工作面和92304工作面均位于二水平九二盤區(qū)西部，東為九二盤區(qū)皮帶運輸機巷和回風(fēng)巷

2、（已掘）。兩個工作面相鄰，地質(zhì)條件簡單。9#煤層厚1.11.7m，平均1.47m。其對應(yīng)的地面為丘陵地形，地面標(biāo)高在845.5995.5m之間，平均蓋山厚度305m。1.1 頂、底板巖性9#煤層的直接頂為K4灰?guī)r，平均厚度為0.3m，灰色，又是變相為砂質(zhì)泥巖。K4灰?guī)r之上為灰色細(xì)砂巖，平均厚度為2.02m，層理發(fā)育，含黃鐵礦結(jié)核。由于K4灰?guī)r不穩(wěn)定，有時間滅。九二盤區(qū)直接頂有時為細(xì)砂巖。老頂為灰色中砂巖，平均厚度為2.43m。直接底為灰黑色泥巖，平均厚度為1.87m，含植物化石及黃鐵礦。老底為深灰色石灰?guī)r，平均厚度為1.76m，堅硬，以石英為主，長石次之，含動物化石。1.2 地應(yīng)力°

3、°W之間。單軸抗壓強度變化較大，煤體強度大約在7.4617.54MPa之間。煤層下部煤體較軟。2 92302工作面進(jìn)風(fēng)巷及切眼端頭支護92302工作面進(jìn)風(fēng)巷上寬3m、下寬3.9m，凈高2.2m，采用梯形金屬棚支護，棚距1m。切眼端頭架設(shè)14架棚距為0.7m的木棚，凈寬3.4m。工作面切眼采用金、木混合支護，上寬6.4m、下寬6.8m，凈高2m，棚距0.7m。切眼口架設(shè)4架直徑不小于200mm的紅松園木木棚。2.1 施工工藝92302工作面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)到切眼附近時，由鋼棚支護改為木棚支護。在切眼口架設(shè)14架木棚均用直徑200mm以上的紅松園木，之后在第210架木棚下支設(shè)點柱。在架設(shè)好2架

4、正木棚及2架斜木棚后回掉點柱，然后拐彎掘切眼（見圖1）。圖1 92302工作面切眼端頭支護斷面仰視示意圖為確保切眼端頭的安全，采取棚腿用大鏈聯(lián)鎖、棚梁與插梁用扒釘釘牢的方式加固。2.2 架棚支護的缺點由于所架的棚高400mm，而九二盤區(qū)煤厚僅1.47m，造成巷道掘進(jìn)過程中臥底量大，影響掘進(jìn)速度及煤質(zhì)。掘進(jìn)機施工切眼時容易將棚腿撞壞，安全管理難度大。放炮開口時，切眼端頭維護的工作量大。木棚要承受8架插梁傳遞的壓力，插梁及棚下需支設(shè)點柱加強支護，機組施工切眼時需要多次替柱，加大了頂板管理的難度。架棚支護為被動支護方式，被動承壓，隨著時間的推移巷道頂板離層量會增大，木棚受力日愈加重，對安全管理不利。

5、3 92304工作面進(jìn)風(fēng)巷及切眼端頭支護92304工作面進(jìn)風(fēng)巷為矩形巷道，凈寬5.3m、凈高2.1m，采用錨桿支護，錨桿間排距為1000×1200（mm）。切眼凈寬6m、凈高1.9m，采用錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護，錨桿間排距為950×1000（mm）。切眼端頭采用錨、網(wǎng)、梁組合并用錨索補強的聯(lián)合支護系統(tǒng)，大大簡化了掘進(jìn)施工工藝，改善了安全狀況。3.1 錨、網(wǎng)、梁支護3.1.1 頂板支護頂板采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為（10001100）×1000（mm），每排6根，用樹脂錨固劑卷作加長錨固。錨桿托盤用拱形高強度托板?？拷飵偷捻敯邋^桿的安設(shè)角度與垂線成30

6、6;，其余垂直于巷道頂板。再加掛鋼筋托梁，并在頂板破碎或易風(fēng)化時采用菱形金屬網(wǎng)護頂。3.1.2 巷幫支護幫部采用復(fù)合竹錨桿配木托盤支護，排距為1200mm，每排2根。竹錨桿的有效支護長度為1500mm?？拷敯宓南飵湾^桿的安設(shè)角度與水平線成10°角，其余垂直于巷幫。3.2 錨索補強加固由于切眼端頭頂面積較大，處于應(yīng)力集中區(qū)。成巷后煤體原來的三向受力狀態(tài)已遭到破壞，頂板在礦壓作用下會迅速撓曲沉降，進(jìn)而離層和斷裂。因此，單一的錨桿支護不能滿足巷道支護要求。為保證巷道正常掘進(jìn)，切眼在施工前用小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索補強加固。切眼兩端5.4m段頂板用五組槽鋼聯(lián)鎖錨索進(jìn)行補強。其中靠近順槽一組為三條槽

7、鋼聯(lián)鎖錨索，其余組各為一條槽鋼聯(lián)鎖錨索。聯(lián)鎖錨索布置在巷道頂板中央，間排距2400×1200（mm）。進(jìn)風(fēng)巷與切眼交叉段巷道頂板也采用槽鋼聯(lián)鎖錨索進(jìn)行補強（見圖2）。圖2 92304工作面切眼端頭支護斷面仰視示意圖錨索采用高強度低松弛鋼絞線，公稱直徑15.24mm、長6.3m。鋼絞線端設(shè)有樹脂錨固劑攪拌頭，尾部配有高強度錨具。錨索采用樹脂錨固劑卷作端頭錨固，錨固長度為1485mm，預(yù)緊力為100120kN，托盤則用鋼板托盤。3.3 礦壓監(jiān)測根據(jù)現(xiàn)場巷道條件，對切眼端頭進(jìn)行了礦壓監(jiān)測。監(jiān)測采用綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測相結(jié)合的方法。92304工作面進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行錨桿支護時要進(jìn)行綜合檢測，以驗證初始

8、設(shè)計的合理性和可靠性，并為修正初始設(shè)計提供依據(jù)。錨桿支護正常施工后，還要進(jìn)行日常檢測，確保巷道的安全。3.3.1 監(jiān)測內(nèi)容根據(jù)鳳凰山煤礦9#煤層的具體條件，確定錨桿支護的綜合監(jiān)測內(nèi)容如下表所列。巷道綜合監(jiān)測內(nèi)容項 目內(nèi) 容巷道表面位移頂?shù)装濉蓭拖鄬σ平?、頂板下沉量頂板離層錨桿錨固區(qū)域內(nèi)外頂板巖層位移量錨桿受力頂板錨桿受力分布，兩幫錨桿受力巷道破壞狀況統(tǒng)計記錄巷道圍巖破壞位置及破壞狀況日常監(jiān)測包括三部分內(nèi)容：錨桿錨固力抽檢，頂板離層觀察和錨桿預(yù)緊力矩檢測。3.3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析3.3.2.1 巷道表面位移在掘進(jìn)期間，頂板下沉量很小，兩幫移近量最大為92mm，其中工作面?zhèn)任灰屏繛?0mm，煤

9、柱側(cè)為72mm。巷道兩幫的蠕變速率平均為0.5mm/天。由于直接頂為比較堅硬的灰?guī)r，加上支護設(shè)計合理，有效地控制了巷道的劇烈變形。3.3.2.2 頂板離層在92304工作面切眼端頭安設(shè)頂板離層儀1臺，所測到的總離層值為12mm，說明頂板相當(dāng)完整和穩(wěn)定。在切眼掘進(jìn)過程中，離層值不斷變化，主要由于巷道斷面大，受采動影響相當(dāng)明顯。在切眼施工完成后，進(jìn)行了長時間的監(jiān)測，離層儀讀數(shù)無變化，表明支護設(shè)計合理，支護效果明顯。3.3.3 結(jié) 論檢測結(jié)果表明，錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護有效地控制了巷道圍巖變形，提高了穩(wěn)定性，保證了巷道的安全。這說明錨桿支護初始設(shè)計是比較合理、可靠的。3.4 聯(lián)合支護的優(yōu)點當(dāng)進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)到距離切眼4.25m時采用錨索補強加固，其優(yōu)點主要在于：錨索支護是一種預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，能將支護結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力傳遞到深部穩(wěn)定巖層。在錨索預(yù)應(yīng)力作用下，圍巖產(chǎn)生壓縮，形成承載梁，從而提高了圍巖的整體強度，有效地控制了圍巖有害變形的發(fā)展。切眼口空間開闊，可直接用掘進(jìn)機施工切眼開口，有利于提高掘進(jìn)速度。采用錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護，支護材料的運輸量以及支護材料單件的重量大大降低，因此大大減輕了工人勞動強度。4 結(jié)束語9#煤層工作面切眼端頭采用錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護與采用傳統(tǒng)架棚支護相比，支護工藝簡單，頂板受力均勻，機組直接施工切眼，能有效提高掘進(jìn)速度，且減