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掘进巷道过断层破碎带施工工艺

掘进巷道过断层破碎带施工工艺

摘要:为了保证掘进巷道安全快速过断层破碎带,提高破碎顶板稳定性,大同煤矿集团虎龙沟煤矿机掘一队通过技术研究,决定对21505巷过F3断层期间采取下山掘进施工工艺,并对断层破碎顶板采取“注浆+施工交错密集JW型钢带+架棚”等联合支护措施。实际应用效果表明,取得了显著成效。

关键词:巷道;断层;施工;支护

1工程概述

虎龙沟煤矿21505巷位于井田东盘区北翼,巷道设计长度为1471m,断面规格为宽×高=5.2×3.5m。巷道掘进煤层为石炭系5#煤层,平均厚度为12m,煤层发育不稳定,矸石夹层较多,矸石总厚度达1.9m,其中位于煤层底板往上3.5m处含有一层黄斑岩,岩石厚度为1.5m,岩石硬度大,普氏系数f>6.0。21505工作面从东盘区皮带巷开口沿5#煤层底板掘进施工,采用综合机械化掘进施工工艺。根据地测科提供资料,21505巷在掘进期间共揭露3条正断层。F1断层位于巷道274m处,H=0.7m,∠50°;F2断层位于巷道578m处,H=0.4m,∠47°;F3断层位于巷道881m处,H=1.4m,∠55°。21505巷在掘进前期采用直接平推破岩法过F1、F2断层,但是由于黄斑岩硬度大,在破岩过程中经常出现机械设备损坏现象,其中掘进机切割部损坏2次,电机烧毁一次,造成经济损失达47万元。破岩难度大,严重影响巷道掘进效率,平均掘进速度仅为3.2m/d。同时巷道平均留底煤厚度达0.5m,降低了工作面回采率,加大了后期工作面回采期间采空区遗煤量,不利于采空区安全管理。

2下山掘进施工工艺

为了降低接卸设备损坏率,减少采空区遗煤量,决定采用松动爆破下山掘进施工工艺过F3断层。(1)为防止下山期间设备出现下滑现象以及便于煤矸石运输,21505巷下山掘进角度为5°,下山掘进距离为15m,掘进到位后揭露断层上盘岩石层,如图1所示。(2)当巷道掘进至866m时,在掘进工作面迎头施工三排松动爆破孔,每排4个。第一排钻孔距顶板间距为0.5m,孔间距为1.2m,排距为1.0m,钻孔深度为1.0m,直径为42mm,钻孔以5°俯角布置。(3)工作面松动爆破孔施工完后,从下排依次往上填装矿用乳化炸药、雷管以及水炮泥。每个炮孔填装一支乳化炸药,装药量为300g,雷管采用毫秒延期电雷管,炮孔封孔长度不得低于0.5m,一次允许爆破炮孔数量不得超过5个,采用正向装药方式及串联联线方式。(4)第一茬爆破施工完后,采用风镐及洋镐进行扩帮、修规格,直至符合巷道设计断面规格后及时补打巷道顶板及帮支护,并清理巷道浮煤。第一个循环施工完后进行第二茬爆破施工,施工工序与前一循环工序相同。(5)当巷道下山掘进15m后,施工巷道顶板揭露断层上盘黄斑岩下方煤柱,此时巷道沿岩层及煤层底板继续平行掘进。

3断层破碎带顶板维护措施

21505巷下山掘进时需预留顶煤,预留顶煤最大厚度为1.4m,由于5#煤层稳定性差,在预留顶煤时会出现破碎、局部冒顶现象,为了保证巷道下山掘进施工安全,采取“注浆+施工交错密集JW型钢带+架棚”等联合支护措施。

3.1注浆支护

(1)当巷道施工至875m时,对顶板施工一排注浆钻孔,每排三个,钻孔深度为3.0m,钻孔与顶板呈45°仰角布置。(2)钻孔施工完后,采用高压注浆泵对钻孔内注射马丽散浆液(马丽散与催化剂配比为1∶1),注射压力不得低于1.5MPa,注浆期间发现顶板煤体有浆液渗出时停止注浆,注浆2h后方可继续掘进。(3)当第一排钻孔注浆完且巷道掘进2h后,继续施工第二排注浆钻孔并进行注浆工序,依次类推直至巷道揭露断层上盘煤层。

3.2施工交错密集“JW”型钢带

由于21505巷下山掘进前5m范围内顶煤厚度不足1.0m,注浆及锚杆支护效果差,很容易形成冒落区,为了加大钢带支护断面,决定采用施工交错密集“JW”型钢带。(1)21505巷顶板施工的“JW”型钢带纵横交错布置,横向钢带(垂直巷道)长度为3.8m,宽度0.28m,每根钢带焊制5个直径为30mm圆孔。每根钢带配套5根长度为3.0m、直径为22mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆,锚杆间距为0.9m,钢带排距为1.0m。(2)横向钢带施工完后,在顶板施工交错式纵向钢带,纵向钢带长度为2.5m,宽度为0.28m,每根钢带焊制3个直径为30mm圆孔。第一组纵向钢带施工在第一排、第二排、第三排横向钢带的第一个、第三根、第五根锚杆上,共计三根,且与横向钢带垂直布置,如图2所示。(3)第二组钢带施工在第二排、第三排、第四排钢带的第二根、第四根锚杆上,共计两根,与第一组纵向钢带交错式布置,依次类推直至工作面完全过断层破碎带。

3.3架设11#工字钢棚

为了进一步提高顶板稳定性,降低顶板应力作用影响,在下山巷道掘进完成后架设密集11#工字钢棚。(1)21505巷架设的工字钢棚为矩形断面,断面规格为宽×高=4.0×3.5m,钢棚架设间距为1.0m,每架钢棚棚腿、顶梁与顶板施工一组固定锚杆,确保钢棚架设稳定性,所有钢棚连接卡缆必须预紧,预紧力不得低于200N•m。(2)钢棚架设完后,在钢棚棚腿、顶梁与巷道轮廓间隙处填充水泥背板,水泥背板长度为1.2m,宽度为0.3m。在相邻两架钢棚间安装两组连接杆,进行联锁保护作用。(3)每班施工前必须安排专人对每一架钢棚进行检查,发现钢棚倾倒、变形、松动等现象时必须重新架设。

4效果

(1)21505巷过F3断层时采用松动爆破下山掘进施工工艺,减少岩石掘进量达148m3,避免了机械设备磨损,加快了巷道过断层掘进效率。21505巷过F3断层共计用时2.5d,平均掘进量达5.7m/d。下山掘进期间未出现机械设备损坏现象,节约设备维护、成本费用达30余万元。(2)21505巷下山掘进阶段顶煤采取注浆支护后,提高了原破碎煤体稳定性,通过单轴抗压实验发现,注浆前破碎煤体单轴抗压强度仅为7.4MPa,注浆后提高至45.7MPa,大大提高了煤体承载能力。(3)对破碎煤体施工交错式“JW”型钢带后,加大了顶板钢带支护断面,提高了钢带支护效果,有效防止了顶板出现破碎、局部冒顶现象。同时采用架设密集工字钢棚的方法减少顶板受应力作用影响,保证了顶板完整性,防止了顶板在应力作用下发生离层现象。断层带附近顶板施工完交错式钢带及密集工字钢棚后,在后期掘进期间未出现顶板大面积破碎现象,在866~876m范围内顶板最大下沉量仅为0.09m,在876~885m受断层应力作用下,顶板下沉量呈上升趋势,但最大下沉量仅为0.13m(位于880m处),顶板支护未出现失效现象,钢棚未出现变形等现象。

【参考书目】

[1]赵彦军.巷道过断层安全生产技术措施探讨[J].山东煤炭科技,2018(08):27-28+30.

[2]郭江鹏.煤矿掘进工作面过断层技术方法分析[J].能源与节能,2018(08):99-100.

[3]于鉴.掘进巷道过断层支护技术与安全监管研究[J].煤矿现代化,2018(04):46-47.

[4]贺喜泽.井下掘进巷道过断层支护技术探究[J].机械管理开发,2018(03):85-86+150.

[5]程新春.煤矿掘进巷道过断层破碎带支护技术[J].现代矿业,2017(07):187-188.

作者:田晓强 单位:大同煤矿集团虎龙沟煤矿