特厚煤层巷道高强度钢带支护

2018-06-01谢芝明夏云龙

江西煤炭科技 2018年2期

谢芝明，袁佳，张帆，夏云龙

（中鼎国际工程有限责任公司矿山隧道建设分公司，江西南昌 330096）

1 工程概况

同煤大唐塔山煤矿有限公司位于山西大同市南郊区杨家窑，大唐塔山井田走向24.3 km，倾斜宽度11.7 km，面积约170.91 km2。全井田地质储量50.7亿吨，工业储量47.6亿吨，为优质的动力煤和焦煤，按设计生产能力15.0 Mt/a计算，矿井服务年限140 a。分公司一处塔山项目部承包塔山煤矿三期工程施工。

图1 特厚煤层巷道掘进顶部煤体“三带”结构及锚索支护

施工工程为一盘区2101工作面2101皮带运输顺槽，为煤巷，正常时沿煤层底板掘进，设计长度1945.185 m，矩形断面，断面长×宽=5.5 m×3.6 m。3#～5#煤层平均煤厚15 m，最厚处超19 m，煤层黑色、碎块状、块状，条带状结构，由暗煤及亮煤或半亮型煤组成，弱玻璃光泽、煤质好，水平层理。该巷道2015年3月开始施工，巷道频繁受断层及火成岩侵入影响，导致巷道顶帮破碎；巷道沿煤层底板掘进，顶部煤体从下往上存在“三带”现象，即散体带、块体带、裂隙梁带，俗称“三明治”煤层结构[1]，见图1直接顶厚度为5.23 m，岩性上部为炭质泥岩，砂质泥岩，粉沙岩为主，均一结构，分选较好，交错层理，含有植物化石；老顶厚度为6.44 m，岩性以粗砂岩、砾粗砂岩；直接底厚度为4.44 m，岩性以炭质泥岩，沙质泥岩，粉砂岩为主。

2101顺槽原支护设计见图2（1）[2]，施工过程中经常遇到顺槽支护W型钢带“一带”或“两带”之间在采动影响下破坏失效，有时甚至引发漏顶事故。通过现场观察可以发现，锚索+W型钢带支护的失效率最大，见图2（2）。

图2 2101顺槽围岩破碎段围岩锚索+W型钢带支护失效

2 支护技术改进

针对2101顺槽围岩破碎段围岩锚索+W型钢带支护失效效应，项目部技术人员对矩形巷道的锚索支护进行反思，重新审视支护构件的设计，在不同地质条件采用不同支护方法。

2.1 裂隙梁带

尝试在锚索+W型钢带支护的基础上，将W型钢带改为JM型钢带[3]，改进后锚索A（见图3），锚索眼深：孔深为15 m（见图1）,每孔使用3根药卷，1根MSK2335、2根MSZ2360，搅拌时间为40 s，一般适宜沿煤层顶板掘进的巷道。

图3 改进后锚索A安装结构

2.2 块体带

在W型钢带改为JW钢带支护后再增加使用U25特殊钢，改进后锚索B见图4，锚索眼深：孔深为20 m（见图1），每孔使用3根药卷，1根MSK2335、2根MSZ2360，搅拌时间为40 s，一般适宜变坡或者穿过断层的巷道。

图4 改进后锚索B安装结构

2.3 散体带

在JW钢带支护后再增加使用矿用11#矿工钢，改进后锚索C见图5，锚索眼深：孔深为25 m(见图1),每孔使用3根药卷，1根MSK2335、2根MSZ2360，搅拌时间为40 s，一般适宜沿煤层底板掘进的巷道。

图5 改进后锚索C安装结构

表1 顶板支护锚索锁具材料规格型号单位/mm

2.4 支护材料规格

支护排距由原来的800mm改为500mm，支护材料规格型号如表1所示。支护设计构件改进，大大改善矩形巷道在受采动影响下的围岩承载能力。

3 改进效果

使用ZDBY-Ⅱ仪器，对一盘区掘进巷道3#～5#煤层2101工作面2101顺槽巷道进行顶板离层监测，一般每掘100 m布置一个监测器，顶板破碎时，每掘50 m布置一个监测器，特殊时期，按技术部要求调整安装距离。改进支护方式后，顶板离层量量值小于50mm（要求不超过300mm），有效控制了巷道的变形，杜绝了钢带撕裂的现象，支护效果实物照片见图6和支护效果全貌的照片见图7。