岳城煤矿15号煤顶板动态支护技术应用
2021-10-15段宇
段 宇
(山西晋能控股煤业集团沁秀公司岳城煤矿,山西 晋城 048006)
引言
岳城煤矿15号煤顶板为K2石灰岩,其深灰色、致密坚硬、平均厚度约为9.2 m。巷道掘进过程中发现,顶板支护范围内经常出现软岩夹层,且夹层厚度及层位变化较大。由于软岩夹层强度较低,受动压影响后整个支护系统首先从该位置发生破坏,给顶板支护带来很大困难。一旦软岩夹层交界面位置的应力环境发生变化,软岩夹层及其下部岩层必然在围岩应力作用下与上覆岩层发生脱离,即在强度较低的结构面位置发生不连续的扩容变形,使得顶板的完整性开始破坏。一旦离层破坏发展超过锚杆锚固区之外,顶板必然发生离层垮冒[1]。
1 现场概况
XV1301工作面为岳城煤矿15号煤首采面。工作面标高571.3~589.1m,盖山厚度为429.0~437.0m,平均271.1 m。巷道沿15号煤层顶板破岩底掘进。东为未采区,西为XV1303工作面(正在布置)和XV1304工作面,北为即将布置的XV1311工作面,南为盘区皮带巷、轨道巷、回风巷(均已掘)。结合矿方地质资料,15号煤层厚度为1.60~2.50 m,平均厚度1.94 m,黑色,半金属光泽,以亮煤为主,含一层0.20 m较稳定泥岩夹矸。煤层倾角为0°~11°,平均3°。工作面顺槽巷道掘进至450 m左右时,巷道顶板出现离层现象,形成不同大小的“网包”,经锚索补强后无明显效果,因此有必要对顶板离层原因进行探究,针对性地提出支护方案,保证巷道安全掘进。
2 原因分析
15号煤顶板岩性主要为K2石灰岩、泥岩夹层和方解石,层理和节理裂隙广泛发育,泥岩夹层厚度50~200 mm。巷道顶板岩石力学特性差异较大,K2石灰岩单轴抗压强度最高值达125 MPa,最低值为51 MPa,强度较低岩层主要分布在0~1 m、2~3 m。回采工作面顶板局部岩层存在裂隙水,其会通过顶板裂隙导入巷道中,使顶板岩层发生软化;在所有岩层中,泥岩夹层的单轴抗压强度受岩石软化的影响程度很大,顶板围岩整体呈现出“软-硬-软”特性且复合岩层压应力不连续性更加明显[2]。
3 支护方案
针对上述顶板存在软岩夹层特性,针对性地制订锚网梁联合支护方案[3]。巷道断面设计掘进宽度为4.5 m、高度2.6 m,具体支护设计如下:
顶板采用MSGLW400的20号左旋无纵筋螺纹钢筋,长度2 000 mm,每排4根,排距1 500 mm,间距1 300 mm。所有锚杆均垂直顶板打设,200 N·m≤锚杆预紧扭矩≤400 N·m,配合M22×2.5高强锚杆螺母、调心球垫和尼龙垫圈;钢筋托梁规格Φ16 mm×80 mm×4 000 mm,采用LW10/50-1.6×4.3的10号镀锌钢丝金属菱形网护顶,网间搭接长度不少于100 mm。加强支护采用Φ17.8 mm、长度5 300 mm,17结构锚索,每4排锚杆打1根锚索,排距6000 mm,垂直顶板岩层打设,如下页图1所示。
图1 顶板支护示意图(单位:mm)
帮部支护与顶板支护所用材料基本相同,支护方式方面,锚杆每帮每排2根,排距1 500 mm,间距1 500 mm,起锚高度700 mm。所有锚杆均垂直巷帮打设,靠近顶板的帮锚杆允许有10°的偏差,钢筋托梁规格为Φ16 mm×80 mm×1 600 mm,当巷帮煤体完整时,可不挂网。当帮补片帮时采用型号为HB-PP-30-30MS双向拉伸塑料护帮网进行护帮,如下页图2所示。
图2 帮补支护示意图(单位:mm)
4 效果检验
本方案于2018年9月在一五三盘区XV1301巷进行了效果试验,试验段为100~1 100 m,长度为1 000 m。在巷道700 m处布置测站,采用十字布点法在巷道顶底板围岩变化与时间、空间关系进行监测,监测结果如图3所示。由图3可知,XV 1301巷700 m处测站巷道顶底移近量最大为101 mm,为巷道初始高度的3.5%,其中顶板下沉6 mm、底鼓量95 mm,巷道两帮移近量最大为128 mm,为初始巷道两帮宽度的2.9%,符合设计要求。
图3 巷道围岩变化监测曲线
5 结论
巷道改变支护设计后,巷道顶底最大移近量为101 mm,两帮移近量最大为128 mm,巷道围岩保持了很好的完整性,提供的支护参数能满足生产和安全要求。通过对顶板动态的判定,选取对应的支护方案,有效避免了支护过剩现象,提高了掘进效率,节约了材料成本,达到了降本增效的目的。