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開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用

時間:2020年12月18日 分類:科學(xué)技術(shù)論文 次數(shù):

摘 要:本文主要以黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦四盤區(qū)開拓巷道為工程實例,介紹了一種煤礦用開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù)。根據(jù)四盤區(qū)探明的小煤窯采空區(qū)工程地質(zhì)條件,研究設(shè)計了開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù)方案,實現(xiàn)了四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)時的安全、高效

  摘 要:本文主要以黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦四盤區(qū)開拓巷道為工程實例,介紹了一種煤礦用開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù)。根據(jù)四盤區(qū)探明的小煤窯采空區(qū)工程地質(zhì)條件,研究設(shè)計了開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù)方案,實現(xiàn)了四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)時的安全、高效施工。通過實踐證實了此支護(hù)技術(shù)的可行性,可為類似條件下開拓巷道掘進(jìn)施工借鑒。

  關(guān)鍵詞:開拓巷道;采空區(qū);三維地震勘探成果;支護(hù)技術(shù)

煤炭與化工

  0引 言

  陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦位于陜西省黃陵縣城西北約25km處,礦井核定生產(chǎn)能力為600萬t/a,主采煤層為2#煤,2#煤屬中厚煤層。礦井四盤區(qū)2#煤層附存平均厚度為1.8m,盤區(qū)內(nèi)布置的開拓巷道位于井田東南部,設(shè)計為兩條直墻半圓拱形巷道,分別為四盤區(qū)回風(fēng)巷、四盤區(qū)運輸巷,其中四盤區(qū)回風(fēng)巷設(shè)計凈寬5000mm,設(shè)計凈高4300mm,設(shè)計直墻高1800mm,四盤區(qū)運輸巷設(shè)計凈寬3800mm,設(shè)計凈高3300mm,設(shè)計直墻高1400mm,兩條大巷之間留設(shè)保護(hù)煤柱30m,均與礦井井田邊界平行,其中四盤區(qū)運輸巷與井田邊界之間留設(shè)保護(hù)煤柱256m,形成后用于四盤區(qū)煤炭資源開采。

  礦井論文投稿刊物:《煤炭與化工》是河北省化學(xué)工業(yè)研究院主管、河北煤炭科學(xué)研究院主辦、《煤炭與化工》雜志社編輯出版、全面報道國家有關(guān)煤炭及化工產(chǎn)業(yè)新的方針、政策以及新的工藝、技術(shù)裝備為一體的綜合性技術(shù)期刊。

  根據(jù)四盤區(qū)三維地震勘探成果資料顯示,礦井井田東南部煤炭資源已經(jīng)受周邊小煤窯破壞,且小煤窯因采煤方法不正規(guī),多采用巷采或以掘帶采,形成的采空區(qū)給四盤區(qū)開拓巷道掘進(jìn)施工帶來了嚴(yán)重威脅。因此,在四盤區(qū)開拓巷道穿越小煤窯采空區(qū)前,必須根據(jù)采空區(qū)工程地質(zhì)條件,研究設(shè)計一種可行的穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù),保證四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)時的安全高效施工。

  1工程概況

  陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司委托陜西省煤田地質(zhì)局物探測量隊對四盤區(qū)異常區(qū)進(jìn)行了三維地質(zhì)勘探。根據(jù)三維地震勘探成果分析,四盤區(qū)回風(fēng)巷將于3193m、運輸巷將于3281m揭露小煤窯采空區(qū),預(yù)計四盤區(qū)回風(fēng)巷穿越采空區(qū)長度85m,預(yù)計四盤區(qū)運輸巷穿越采空區(qū)長度550m。

  2017年4月~2017年6月四盤區(qū)開拓巷道掘進(jìn)工程按照專項安全技術(shù)措施安全順利地揭露了小煤窯采空區(qū)。根據(jù)揭露現(xiàn)場觀測,所揭露的采空區(qū)冒落巖塊已壓實,主要為片狀泥質(zhì)砂巖,大小基本不超過1200×500mm。

  根據(jù)陜西省煤田地質(zhì)局物探測量隊解析的三維地震勘探成果以及四盤區(qū)開拓巷道揭露采空區(qū)現(xiàn)狀分析,小煤窯開采形成的2#煤采空區(qū)范圍相對較大,因此,要探明采空區(qū)實際冒落情況難度較大。鑒此,在研究設(shè)計支護(hù)方案之前須對可能遇到的工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析,并針對不同的采空區(qū)工程地質(zhì)條件研究設(shè)計相對應(yīng)的支護(hù)方案,保證四盤區(qū)開拓巷道掘進(jìn)工程施工安全。

  2開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)方案設(shè)計

  2.1 采空區(qū)工程地質(zhì)條件分析

  根據(jù)四盤區(qū)2#煤層附存厚度、頂板圍巖、水及瓦斯等情況,對可能遇到的采空區(qū)地質(zhì)條件分析如下:

  1.根據(jù)小煤窯開采特點,采空區(qū)中可能存在有布置連續(xù)老巷形成的煤柱。

  2.可能存在垮落形成的穩(wěn)定采空區(qū)(即在掘進(jìn)出矸作業(yè)時,頂板不再冒落)。

  3.可能存在垮落形成的不穩(wěn)定采空區(qū)(即在掘進(jìn)出矸作業(yè)時,頂板繼續(xù)冒落,且冒落巖石較碎)。

  2.2 開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)方案設(shè)計

  根據(jù)四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)可能遇到的采空區(qū)工程地質(zhì)條件分析,結(jié)合鋼筋混凝土碹支護(hù)技術(shù)在不穩(wěn)定地層的應(yīng)用經(jīng)驗,對四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)設(shè)計以下三種支護(hù)方案。

  1.鋼筋混凝土連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)

  根據(jù)小煤窯開采特點,采空區(qū)中可能存在有布置連續(xù)老巷形成的煤柱,該區(qū)域頂板整體性和穩(wěn)定性較好、且煤柱延續(xù)長度不小于10m時,采用錨網(wǎng)索噴對所掘巷道頂板進(jìn)行支護(hù)、采用錨網(wǎng)索+11#工字鋼點柱方式加強(qiáng)老巷支護(hù),然后澆筑鋼筋混凝土連續(xù)墻形成巷幫,實現(xiàn)開拓巷道穿越采空區(qū)中連續(xù)煤柱穩(wěn)定區(qū)。

  2.管棚鋼筋混凝土碹聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

  當(dāng)開拓巷道穿越穩(wěn)定采空區(qū)時,支設(shè)“超前管棚+金屬網(wǎng)+U型鋼棚+噴砼”形成臨時支護(hù)(一次支護(hù)),利用一次支護(hù)形成的外模澆筑鋼筋混凝土碹隔離采空區(qū)形成巷道,實現(xiàn)開拓巷道穿越穩(wěn)定采空區(qū)。

  3.管棚鋼筋混凝土碹注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

  當(dāng)開拓巷道穿越不穩(wěn)定采空區(qū)時,先架設(shè)超前注漿管棚對冒落區(qū)圍巖進(jìn)行加固,再支設(shè)“金屬網(wǎng)+U型鋼棚+噴砼”與超前注漿管棚形成臨時支護(hù)(一次支護(hù)),然后利用一次支護(hù)形成的外模澆筑鋼筋混凝土碹隔離采空區(qū)形成巷道,實現(xiàn)開拓巷道穿越不穩(wěn)定采空區(qū)。

  3.開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)參數(shù)設(shè)計及校核

  本文研究設(shè)計的開拓巷道穿越采空區(qū)關(guān)鍵支護(hù)技術(shù)為管棚鋼筋混凝土碹聯(lián)合支護(hù),下文將以四盤區(qū)回風(fēng)巷為例,重點敘述管棚鋼筋混凝土碹聯(lián)合支護(hù)參數(shù)選擇及工藝。

  3.1 管棚鋼筋混凝土碹支護(hù)參數(shù)設(shè)計

  根據(jù)上文分析,四盤區(qū)運輸巷采用管棚鋼筋混凝土碹聯(lián)合支護(hù)穿越采空區(qū),巷道全斷面安裝管棚,規(guī)格為φ50×6mm,環(huán)向布置,間距300mm,外插角3°~5°,單管長度L=3600mm,搭接長度1800mm;全斷面掛雙層φ6金屬網(wǎng),網(wǎng)孔50×50mm;架設(shè)U25鋼棚,排距600mm,棚與棚之間采用5根拉桿連接;全斷面噴C20砼,厚度110mm;鋼筋混凝土碹主副筋均為φ18螺紋鋼,結(jié)構(gòu)筋為φ8圓鋼,間排距均為300mm,搭接長度35d,混凝土強(qiáng)度為C30,厚度400mm,基礎(chǔ)深度400mm,混凝土中須添加BR-3型防水劑,加入量為水泥量的10%。

  4.鋼筋混凝土碹支護(hù)參數(shù)校核

  C30鋼筋混凝土條件下,綜合考慮巷道斷面尺寸、采空區(qū)冒落圍巖穩(wěn)定狀態(tài)、臨時支護(hù)參數(shù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)等情況,查采礦工程設(shè)計手冊,選定碹體厚度為400mm,可知碹體容許抗壓應(yīng)力安全值為16.5MPa。

  4開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)工藝

  工藝流程:全斷面安裝超前管棚→全斷面掛φ6金屬網(wǎng)→支設(shè)U型鋼棚→全段面噴砼→澆筑鋼筋混凝土碹。

  技術(shù)關(guān)鍵:一是安裝超前管棚并支設(shè)“金屬網(wǎng)+U型鋼棚+噴砼”形成臨時支護(hù),保證作業(yè)安全、為砌碹創(chuàng)造作業(yè)空間及外模,二是綁扎鋼筋、澆筑混凝土碹體,保證掘進(jìn)與砌碹平行作業(yè)。

  5應(yīng)用效果

  四盤區(qū)開拓巷道采用本文設(shè)計的管棚鋼筋混凝土碹支護(hù)技術(shù)及專項安全技術(shù)措施安全順利地穿越小煤窯采空區(qū),實際穿越總長535m,其中四盤區(qū)回風(fēng)巷實際穿越總長51m,四盤區(qū)運輸巷實際穿越總長484m。

  黃陵礦業(yè)一號煤礦四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)所采用的管棚鋼筋混凝土碹支護(hù)技術(shù)一是采用超前管棚支護(hù)提高了掘進(jìn)作業(yè)安全系數(shù)、減少了掘進(jìn)工程量;二是采用U型鋼棚支護(hù),解決了鋼筋混凝土碹永久支護(hù)與掘進(jìn)施工平行作業(yè)的問題;三是鋼筋混凝土碹永久支護(hù)與一次支護(hù)共同承載采空區(qū)二次穩(wěn)定過程中礦壓重新分布所產(chǎn)生的載荷,支護(hù)結(jié)構(gòu)合理可靠。該技術(shù)的應(yīng)用為四盤區(qū)開拓巷道安全高效穿越采空區(qū)奠定了基礎(chǔ),可為類似條件下開拓巷道掘進(jìn)施工借鑒。

  參考文獻(xiàn):

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  [5]劉濤,李建壯,王興亞.管棚與鋼支架聯(lián)合支護(hù)在穿越破碎帶巷道中的應(yīng)用[J]. 采礦技術(shù),2017(2):26~27.

  作者:姜明 梁林 李亞斌 趙群