高海拔地區(qū)特厚煤層綜放開采實踐

高海拔地區(qū)特厚煤層綜放開采實踐

恩洪煤礦位于1800米的水平中央水庫全長450米。在開挖過程中，采用u25鋼的開放式支撐支架，頂部為半圓形拱，底部為梯形，皮革制品、后腦支撐和頂板。中央水倉布置在C9煤層與C21煤層之間,半圓拱形斷面,巷道凈寬3470mm,凈高2760mm,棚距700~750mm,巷道在掘進過程中,穿過C8,C9,C10,C11,C14,C15,C16等煤層均揭露,巷道大部分在C11煤層頂板之中。C11煤層偽頂為灰色黏土巖或粉砂質(zhì)黏土巖,厚度0~2.95m,直接頂中有一質(zhì)地較硬、淺灰至灰色中厚層狀細(xì)砂巖間夾薄層粉砂巖,厚為5.5m左右。該巷道圍巖遇水膨脹較快,壓力大,巷道設(shè)計凈斷面為7.31m2,掘進工程施工完后,進行二次支護前,斷面只有2~3m2。為了使水倉檢修后能夠使用,檢修設(shè)計使用粗料石砌碹支護,斷面為半圓拱,凈寬3600mm,凈高3000mm,碹墻和碹頂均為粗料石,厚400mm。隨著檢修工程的進行,初期支護效果還可以,檢修20多m后,又出現(xiàn)巷道嚴(yán)重變形的情況,不能正常使用就停止了檢修。為保證+1800m水平中央水倉能夠及時投入使用,保證改擴建工程正常進行,有必要采取一種新型的支護方式,確保施工安全、快速、合理、有效。1水倉庫的切割和維護方式的確定1.1水倉的容量根據(jù)恩洪煤礦地質(zhì)含水量及最大涌水量情況,以及水倉長度已經(jīng)確定的情況下,為了保證水倉的容量,要求水倉的凈寬為3720mm,有效凈高不低于3060mm?？紤]到原水倉掘進后,巷道變形嚴(yán)重以及圍巖松動圈的范圍,決定把原來檢修粗料石砌碹半圓拱斷面改為受力狀況僅次于半圓拱的三心拱斷面,既可滿足使用條件,又可降低檢修施工中刷幫、挑頂工作量。1.2水倉開挖量的影響原檢修粗料石砌碹支護開挖及支護工程量大,工人勞動強度高,施工工藝復(fù)雜,且在施工中常因臨時支護不能及時跟上,易發(fā)生事故。因此要求盡量減少水倉開挖量,縮短施工工期,保證水倉在施工中能正常運行。決定在水倉施工中采用格柵支架+錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護代替原粗料石砌碹支護,以降低硐室的開挖量,縮短工期。1.3預(yù)應(yīng)力筋、錨桿、網(wǎng)、網(wǎng)1)水倉斷面采用三心拱斷面,硐室凈寬3720mm,墻高為1200mm,拱高為1700mm,水倉采用格柵支架+錨噴和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。2)格柵支架采用Φ18mm螺紋鋼筋制作,4根主筋,分為3節(jié),接頭處用鋼板、螺栓連接,腳板、連接鋼板規(guī)格為200mm×200mm×20mm,4顆螺栓、4根主筋為長方體布置,每隔400mm采用1道箍筋,箍筋為Φ18mm螺紋鋼筋,在4根主筋為長方體布置的四面采用Φ6mm普通鋼筋作為配筋,配筋與主筋按三角形布置,主筋、箍筋、腳板、連接鋼板、配筋之間均為焊接。格柵支架棚距(800±50)mm。3)起拱線以上采用Φ25mm焊管作超前支護,起拱線以下采用Φ14mm螺紋鋼筋作連接筋,連接筋與格柵支架之間用12號鐵絲彼此間扭結(jié)牢固。4)錨桿采用鋼筋錨桿,錨桿的桿體為Φ18mm×2500mm的普通螺紋圓鋼金屬桿體;水泥藥卷錨固劑,錨孔深度2200mm,水泥藥卷全長錨固;托板為鐵托板,規(guī)格為150mm×150mm×10mm;每架6根,拱4根,兩幫各1根,起錨固及固定格柵支架的作用。5)金屬網(wǎng)使用Φ6mm普通鋼筋制作,規(guī)格為1200mm×900mm,網(wǎng)孔為120mm×120mm;網(wǎng)距巖面50mm,背于格柵支架后面;網(wǎng)與網(wǎng)搭接寬度為100mm,且每隔200mm用12號鐵絲彼此間扭結(jié)牢固。6)噴混凝土厚度為150mm(初噴厚度為50mm,以后逐漸復(fù)噴至150mm厚),噴混凝土標(biāo)號不低于200號,混凝土配比(體積比)為水泥∶石子(細(xì)集料)∶沙子=1∶2∶2。2頂噴混凝土錨桿1)準(zhǔn)備工作。施工時制作可移動的作業(yè)平臺,敷設(shè)好管線等設(shè)備,為施工人員創(chuàng)造一個合適的施工空間和作業(yè)高度。作業(yè)平臺搭設(shè)方法:平臺長4m,寬2m,高1m;搭設(shè)平臺的木料直徑不小于15cm,平臺上鋪設(shè)厚5cm的木板密排布置,用鈀釘固定。在平臺后端設(shè)置一人行梯,供作業(yè)人員上下。2)擴幫、挑頂、支護。①挑頂作業(yè)從水倉的外面向里逐架進行,先回撤原U25鋼可縮性支架,按斷面要求進行擴幫挑頂,每次擴幫、挑頂長度不超過1m。擴幫、挑頂采用風(fēng)鎬進行,特別困難的地方采用爆破,炮眼間距為400mm,炮眼深度視具體挑頂高度而定,拱頂部每個炮眼裝藥量為100g,拱頂兩側(cè)每個炮眼裝藥量為200g,一次起爆最大藥量不超過800g;挑頂后要及時將浮矸石等處理干凈,檢查挑頂處的規(guī)格質(zhì)量,按要求架設(shè)格柵支架及打錨桿進行支護;挑頂每1m為一個循環(huán)以此類推。②擴幫、挑頂每達到架設(shè)一架支架的距離后,及時架設(shè)支架,掛網(wǎng)、布置超前管棚、連接筋,并用12號鐵絲彼此間扭結(jié)牢固,架設(shè)錨桿(布置錨桿眼—打錨桿眼—用壓風(fēng)吹洗錨桿眼內(nèi)的煤、巖渣—將水泥藥卷浸泡在水中、浸透—裝錨桿前用炮棍把水泥藥卷送入錨桿眼底部并用專用工具搗實,及時裝上鋼筋錨桿)。初噴混凝土厚度為50mm,噴漿封閉支護距工作面距離不大于0.8m。3)待水倉挑頂、擴幫、架設(shè)支架、掛網(wǎng)、布置錨桿、初噴工作全部完成后,最后對整個水倉硐室頂、幫進行復(fù)噴混凝土支護,復(fù)噴分2次進行,達到設(shè)計厚度。3加固圍巖的自承性雖然支架支護屬被動支護,但配合錨桿支護增加了一定的強度。錨桿支護屬主動支護,通過錨桿與圍巖的相互作用,改變圍巖的受力狀態(tài),提高圍巖的強度,充分利用圍巖自身承載力來抵抗圍巖壓力;噴混凝土主要作用是封閉圍巖表面,與圍巖牢固黏結(jié),金屬網(wǎng)增加了噴混凝土的抗拉、抗剪強度和彈性變形,提高噴混凝土的整體性,三者共同作用加固圍巖,充分發(fā)揮圍巖的自承能力,同時保護錨桿形成的組合拱不受破壞。到目前為止,水倉檢修后已投入使用達3年多,局部發(fā)現(xiàn)裂隙、混凝土脫落等現(xiàn)象,但總體還是比較完整,說明硐室采用格柵支架配合錨噴網(wǎng)支護是成功的。4經(jīng)濟效益分析1)與粗料石砌碹支護相比,在水倉硐室施工中,采用格柵支架配合錨噴網(wǎng)支護,可減少圍巖開挖量,降低工人的勞動強度,省去了砌碹支護立模、拆模工序,而且加快了施工進度。2)采用格柵支架配合錨噴網(wǎng)支護技術(shù),成本低、效益好。與砌碹支護相比,噴混凝土厚度只有砌碹的37.5%,圍巖開挖量降低了62.5%,木材的消耗為零,對整個工程而言,采用砌碹支護,