特厚煤層綜放工作面底鼓治理技術(shù)研究

特厚煤層綜放工作面底鼓治理技術(shù)研究

通過開挖道路和回采，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)會發(fā)生變化，道路的表面會移動，尤其是這種位移的不均勻性在鼓的表面最為明顯。隨著采深的增加,地應(yīng)力不斷加大,對頂板和兩幫采用高強度、高預(yù)緊力的主動支護系統(tǒng),壓力只有往較薄弱的底板突破。而底鼓的治理卻一直缺乏既經(jīng)濟又有效的方法。強烈的底鼓不僅帶來大量的維修工作,增加了維修費用,而且還影響礦井的安全生產(chǎn)。爆破錨桿卸壓錨固注漿加固反拱底板技術(shù)及施工工藝在靖遠煤業(yè)公司紅會四礦4701綜放工作面運輸巷掘進過程中進行了試驗。4701工作面布置在紅會四礦西格拉向斜北翼,煤層總體趨勢是南高北低,南薄北厚,平均厚度為6m。工作面基本頂為含礫粗砂巖,厚度為17m,直接頂和偽頂缺失,直接底為粉砂質(zhì)泥巖,老底為細砂巖。在施工過程中巷道不同地段不同程度地發(fā)生了底鼓,底鼓量在100～1600mm,不能滿足巷道的正常使用,嚴重影響著礦井正常的采掘銜接,而且支護費用大幅提高。1底鼓巷道支護不當目前,國內(nèi)外巷道底鼓的防治措施主要有加固法和卸壓法。但僅是針對巖層巷道,多是從底板對底鼓進行控制,而煤層回采巷道底鼓的控制一直是個棘手的問題。其主要原因:(1)復(fù)雜地層條件下深部巷道的支護理論不完善,支護形式不當;(2)錨桿支護機理不明確,錨桿及參數(shù)選擇不合理;(3)錨桿的錨固與破碎的圍巖不耦合。如果底鼓巷道不能選擇正確的支護方法和支護參數(shù),往往造成前面掘進,后面又開始挖底落軌,而且隨著修復(fù)量的加大,其修復(fù)難度和修復(fù)費用越來越高。因此,在深部巷道施工及修復(fù)過程中,必須根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件和地壓的實際情況選擇合理的支護方法及支護參數(shù),才能有效地控制底鼓。1.1鋪設(shè)錨桿網(wǎng)4701運輸巷采用錨網(wǎng)支護,凈高2.9m,凈寬3.6m。錨桿排間距均為800mm,頂板錨桿為?16×2400mm的鋼筋錨桿,幫錨桿為?14×1800mm的鋼筋錨桿,全斷面鋪設(shè)小孔菱形金屬網(wǎng)。在現(xiàn)有支護狀況下,底板變化規(guī)律圖1所示。1.2錨桿錨注加固法根據(jù)現(xiàn)行支護的變形情況和底板的巖性分析,對其治理的方案是:(1)綜合治水防止積聚底板遇水膨脹,容易軟化,致使強度大幅降低。施工中防止水的積聚對于底鼓治理是一個積極的措施。(2)底部加固形成封閉支護治理底鼓最常見的方法就是封閉支護,加固底板。底板封閉支架主要是支架巷道使用,其作用原理是利用底板部位的反拱支架給底板施加抵抗力阻止底板鼓起,支護效果一般。用混凝土弧板鋪底封閉,這種支護形式有一定的效果,但其成本高施工工藝復(fù)雜。(3)底板錨注加固法利用空心錨桿兼作注漿管,對圍巖進行錨注加固。它可以提高軟巖巷道支護效果和圍巖的穩(wěn)定性,擴大注漿和錨桿使用范圍。根據(jù)巷道的實際測試情況決定在部分松軟區(qū)采用爆破錨桿孔底注漿方案。根據(jù)紅會四礦一層煤的底板狀況,結(jié)合現(xiàn)場實際測試情況,方案為底板反拱型爆破錨桿卸壓加固法:底板采用底弧拱型,改變受力狀態(tài);管縫式錨桿,全長錨固;管縫錨桿底部局部爆破,卸壓同時增強端部錨固力且有利于注漿;特別松軟區(qū)域在管縫錨桿內(nèi)加注水泥漿液對底板補強加固。2施工參數(shù)2.1p012式底板應(yīng)力破碎區(qū)邊界,應(yīng)用下式計算:計算模型見圖2。y=(3p0W201?12p0x24p0+32(C+λp0))12y=(3p0W012-12p0x24p0+32(C+λp0))12式中,p0為垂直地壓,2×10-2×417=8.3MPa;W01為底板寬度,4m;C為底板巖石內(nèi)聚力,12.8MPa;λ為側(cè)壓系數(shù),0.2。代入數(shù)據(jù):y=(3×8.3×42?12×8.3x24×8.3+32(12.8+0.2×8.3))12=(0.8?0.2x2)12y=(3×8.3×42-12×8.3x24×8.3+32(12.8+0.2×8.3))12=(0.8-0.2x2)12當x=0時,底板中間最大破碎深度為:Dmax=y|x=0=0.89m底部弧拱的下挖深度為900mm。2.2取錨桿長度3gm為了能夠?qū)崿F(xiàn)全長錨固,選擇管縫式錨桿施工簡單方便。錨桿長度按下式計算:lm=(3p0W2014p0+32λp0)12?Dmax+lw+lclm=(3p0W0124p0+32λp0)12-Dmax+lw+lc代入數(shù)據(jù)有:lm=2.15-0.89+0.15+0.35=1.66(m)取錨桿長度為1800mm。2.3巷道圍巖應(yīng)力重新分布為了增加管縫式錨桿端部錨固力,又要達到爆破對巷道應(yīng)力場的卸壓作用。巷道掘進時,破壞了圍巖原有的應(yīng)力平衡,導(dǎo)致巷道圍巖應(yīng)力重新分布。如果縱向應(yīng)力作用強烈,則巷道破壞形式表現(xiàn)為底板鼓起和頂板下沉;如果橫向應(yīng)力作用強烈,則巷道破壞形式表現(xiàn)為兩幫向巷道中間移近。因此,要解決巷道底鼓嚴重的問題,必須從削減巷道圍巖縱向應(yīng)力峰值的角度進行處理。爆破卸壓就是一種有效的方法。打完錨桿以后,在每根錨桿內(nèi)裝入150g的煤礦2#炸藥,同時起爆。2.4砂漿注釋加固遇到破碎區(qū)或者特軟底板時應(yīng)對底板進行注漿加固措施。注漿使用便攜式風動注漿泵在管縫式錨桿中空部進行。巷道底部加固施工如圖3。3爆破作用于圍巖的錨固效果(1)利用管縫式錨桿的管內(nèi)爆破,爆炸沖擊波在管縫錨桿的底端產(chǎn)生強烈的沖擊膨脹作用,使管縫錨桿端部與孔壁擠實并擴張,與巖體形成一體結(jié)構(gòu)。同時,爆破所產(chǎn)生的爆生氣體迅速充滿管縫錨桿內(nèi)部,高溫高壓的爆生氣體使管縫錨桿整體