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综采工作面停采期间顶板支护技术及应用研究

2021-02-07邹晓纬

山东煤炭科技 2021年1期
关键词:金属网钢带支柱

邹晓纬

(同煤集团云冈矿工程一队,山西 大同 037017)

云冈矿主要是开采大同侏罗纪煤层,现阶段主要开采南部12#煤层410 盘区工作面。为了确保停采时的巷道稳定、设备能安全撤回,避免出现压架事故,根据410 工作面停采时出现的矿压规律,适当地采取等压或让压等手段,以提升巷道的稳定性[1]。

1 概况

云冈矿井田内煤层比较稳定,煤层倾角较平缓,地质构造相对简单,断层少,水文地质条件简单。410 盘区已开采2 个综采面,其基本情况见表1[2]。

工作面伪顶为碳质泥岩,局部节理发育,厚度0.2~0.9 m;直接顶是灰白色中砂岩和粉细砂岩,厚度14.6~21.44 m,水平层理发育;直接底是灰白色细砂岩和粉细砂岩,层理较发育,厚度3.31~5.96 m,整体煤层呈南低北高的单向斜度构造,局部含有一层矸石,平均厚度0.6 m。81001 巷宽5.3 m,高3.5 m,81003 巷宽5.9 m,高3.6 m。

2 停采位置及顶板固化

2.1 停采位置

在确定停采位置时,要考虑矿压以及停采位置的实际水文地质条件,为停采工作提供保障。另外,还要分析支架阻力的变化情况,规范工作人员的操作能力,确保得到真实可靠的数据。

停采线位置的矿压要相对稳定,不能预设在周期来压的区段。根据实际矿压规律对周期来压步距进行分析,以确定停采位置,并对矿山压力及时进行释放。在矿山压力释放完,向前推进2~4 m 后再停采,确保支架及顶板压力相对稳定。初步确定工作面停采的距离为30 m,如果顶板显现出明显的矿压变化且局部带有破碎,则要根据实际情况来确定停采线的位置。

2.2 顶板固化

对停采顶板进行固化,采用马丽散注射的方法[3]。根据钻孔窥视出的结果,在顶板上方4~9 m 处发现顶板有破碎,马丽散的扩散半径一般为3.5 m,在75°仰角方向处向工作面打深6 m、直径42 mm的注射孔,注射孔间隔7 m,共打24 个注射孔,如图1。在距离停采线10 m 时,在两个端头0°仰角且偏转75°方向处向工作面打深6 m、直径42 mm的注射孔,注射孔间隔2 m,共打8 个注射孔,如图2。通过对顶板的固化为安全停采支护提供条件。

图1 工作面马丽散注射孔布置图

图2 工作面端头马丽散注射孔布置图

3 停采支护方式

平行向前推进工作面的头尾,确保在到达停采线时工作面的头尾是平行的,然后以停采线为基准按照支护方式进行逐步支护,完成支护作业。停采工作面的支护方式采用锚杆+钢带+锚索+预应梁+组合锚索+金属网+液压支柱多种联合支护方式。

3.1 铺网

平行于工作面布置7 排锚杆+钢带,锚杆是左旋无纵筋的螺纹钢,锚杆规格为Φ18 mm×2500 mm 和Φ18 mm×3100 mm,第1、2 排锚杆间距是1600 mm,第3~7 排锚杆间距是800 mm,钢带是三孔和五孔,尺寸是3500 mm×280 mm×4 mm,第1、2 排钢带间距是3300 mm,第2、3 排钢带间距是2100 mm,第3~7 排钢带间距是900 mm,相邻两排钢带间交错布置3.5 m 的锚杆。

3.2 支架主梁支护

当支架前探梁一端距离停采线9.9 m 时,在支架主梁上布置与工作面平行的锚索+预应梁,每布置一排锚索+预应梁,向前推进0.8 m,再布置第二排,以此类推,共布置9 排预应梁。锚索尺寸是Φ17.8 mm×8000 mm,间距是1.0 m,锚索之间相互交错布置,配合使用4800 mm×300 mm×3 mm的W 型钢带[4]。

在支架停止移动时,垂直于支架主顶梁布置两根液压支柱,将支柱底部紧靠在支架底座箱两个前靴的边缘。在支柱和支架主顶梁的接触面上垫上木楔,防止支柱脱落,及时观察矿井压力,如果出现顶板的压力太大导致支柱支架出现自动降落,要根据实际情况在支架的主顶梁下布置支柱。

3.3 顶部及两帮支护

对工作面顶部和两帮铺设菱形金属网,在距离停采线16 m 处开始对顶部铺设双层金属网,金属网长宽4000 mm×2000 mm,网孔50 mm×50 mm。对两帮布置4 排锚杆+铁托板,锚杆是左旋无纵筋的螺纹钢,尺寸是Φ18 mm×2500 mm,铁托板尺寸BHW450 mm×280 mm×5 mm,最上面一排锚杆到顶板的距离400 mm,排距1000 mm,间距1000 mm。

3.4 机道支护

在机道处布置两排组合锚索,组合锚索有五根,尺寸分别是两根Φ17.8 mm×8300 mm,两根Φ17.8 mm×6300 mm 和 一 根Φ17.8 mm×10 300 mm,五孔钢板托板,尺寸600 mm×600 mm×16 mm,两排锚索的间距3.5 m,排距1.8 m,相互交错1.75 m。在机道工字钢前端梁头400 mm 处布置一个单根液压支柱,上端用纤丝拴住,确保稳固。

3.5 两巷补强支护

对两巷采用组合锚索的补强支护方式,在顶板破碎处要额外铺设一层菱形的金属网。81001 巷在停采线内13 m,停采巷外19.5 m 处,沿巷道中间的两侧距离巷道中间1.0 m 处布置2 排组合锚索,间距5.0 m,相互交错2.5 m,托板是五孔钢板,尺寸600 mm×600 mm×16 mm,组合锚索中间锚索尺寸Φ17.8 mm×10 300 mm,其余锚索尺寸是两根Φ17.8 mm×6300 mm 和两根Φ17.8 mm×8300 mm。81003 巷在停采线内13 m,停采巷外7 m 处,布置相同的组合锚索。

3.6 效果

通过对不同的区域使用不同的组合支护技术,使用锚杆和钢带联合支护方式对顶板支护及后续的撤机架起到很好的效果;锚索和预应梁的有效配合,加强了临时支护,保证撤机架的安全;使用双层金属网对破碎的顶板进行保护,减少扯网现象的发生;采用锚杆和铁托板护帮,解决了片帮大离层问题,缩短了支护施工周期,节省了停采支护使用材料,同时提高了设备回撤的安全性。

4 结论

(1)使用马丽散对出现破碎的顶板进行固化,确保顶板的完好,为停采作业提供条件;

(2)根据工作面实际情况,采用锚杆+钢带+锚索+预应梁+组合锚索+金属网+液压支柱多种联合支护方式,对顶板进行有效支护;

(3)云冈矿工作面停采支护实践结果表明:采用合理的停采工艺,大大缩短了停采支护施工周期,节省了停采支护使用材料,同时提高了设备回撤的安全性。

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