双鸭山双阳矿【锚网联合支护在双阳矿的应用】

  软岩矿区,巷道围岩不仅具有松、散、软、弱和遇水膨胀等特点,而且巷道压力大,变形速度快,变形量大。这样,给回采巷道支护工作带来了极大的困难,支护成本高,难度大,返修次数多,直接影响着矿井的经济效益。近年来,我们针对我矿围岩的特性。特别是回采巷道支护改革方面做了大量的工作。回采巷道使用梯形工字钢金属支架、U型钢可缩支架等,但都收效甚微,尽管金璃支架具有可缩性及支撑能力大的优点,但回收难度大,劳动强度高,费工费时,加之矿区没有修复整形能力,以及初期支护成本高等多方面原因未能推广。因此,回采巷道仍以木支护为主,采用木支护的两巷在服务期间内平均需维修2次,个别采区最多达4次。巷道坑木消耗平均达1.174m3/m。为了降低坑木消耗,改善作业环境,节省人力、物力,巷道支护形式的改革已迫在眉睫。通过调查研究,并结合本矿的生产实际,突破旧的条条框框,打破旧的传统观念,于2008年6月提出了在三采区8层一块工作面溜子道采用锚网支护方案。于2008年8月至10月在三采区8层一块溜子道及切眼采用锚网支护巷道167m,支护效果良好,现已垒矿推广,并取得了较好的经济效益。
  
  一、工程地质概况
  
  1、工作面位置及煤层赋存条件
  锚网支护在三采区8层一块溜子道切眼进行,工作面为倾斜长壁布置。开采层位为8层,煤层平均厚2.6m,夹矸厚0.75m,煤层走向N10’E,倾向N80°w,倾角7~10°,属于复合煤层。
  2、煤层的物理力学特征(表1)
  3、顶底板
  6-5上分层顶板为页岩,局部含砂岩,底板为页岩及TY>层煤,巷道顶板为煤,底板为煤。
  4、水、火、瓦斯、煤尘
  该面水文地质复杂,整个溜子道切眼均在干河河床及砂砾含水层下,含水层总厚度为22.10-23.20m,对施工影响很大。煤层自然发火期为3~6个月,属低沼气矿井,相对瓦斯涌出量O.06m3/t。煤尘有爆炸性,爆炸指数为45%。
  
  二、支护断面几何尺寸的选择与确定
  
  依据四采区地质条件及煤岩层物理力学性质,经局生产处和矿的多次论证研究,一致认为该段巷道适合锚网支护。关于巷道几何尺寸,我们在设计院的设计基础上,做了两次修改。
  第一次修改设计,将原梯形断面上宽1.4m改为1.1m,下宽3.4m改为2.3m,高2.2m改为2.1m。正式施工前进8m后,片帮较严重。因此,第二次修改设计时,将原梯形断面改为矩形断面,克服了上述弊端,锚网支护效果十分理想。
  
  三、工艺过程
  
  1、帮锚锚杆及水泥药卷的制作
  (1)锚杆加工
  将φ16ram的圆钢截成1.6m长,将一头套出100mm长螺纹,另一头距顶端100mm处将圆钢砸扁制成。
  (2)锚盘加工
  锚盘由废旧u型钢压制而成。
  (3)水泥药卷的制作
  先将药卷裁成300mm×126mm的矩形,长边对折,用缝纫机扎成纸袋,然后装满水泥,用线将口扎紧,放入木箱,待运井下。
  将φ16mm的圆钢截成1.6m长,将一头套出100mm长螺纹,另一头距顶端100mm处将圆钢砸扁制成。
  (2)锚盘加工
  锚盘由废旧u型钢压制而成。
  (3)水泥药卷的制作
  先将药卷裁成300mm×126mm的矩形,长边对折,用缝纫
  机扎成纸袋,然后装满水泥,用线将口扎紧,放人木箱,待运井下。
  2、锚杆安装工艺流程
  断面形成后打顶眼一浸水泥药卷一装水泥药卷→插入锚杆→撤临时支护→挂金属网→上锚盘→上螺母15min→拧紧。
  3施工工艺
  (1)由于煤层层理、节理较发育,易片帮离层,周边眼距巷道轮廓线的距离200mm左右为宜。
  (2)锚杆眼的深度和角度必须严格按设计施工。锚杆眼过深,将影响锚杆的锚固力;过浅,因锚杆与网和煤壁接触不严,则锚杆起不到悬吊作用。所以,锚杆外露长度控制在100mm为最佳。
  (3冰泥药卷的浸泡时间过长过短,不但影响锚固力和凝固时间,而且安装锚杆也很困难,甚至出现废杆。
  (4)紧固螺母的时间对锚杆的支护强度也有很大的影响。锚杆插入5min后即可挂网,但锚盘螺母先不要上紧,只要能托住锚盘及金属网即可,等15min,水泥药卷凝固后再拧紧螺母。上紧螺母的
  后不能过长,否则,有可能造成顶板离层,破坏其完整性,影响支护效果。
  (5)局部过断层或破碎地段可采用复合支护锚网―木棚(金属棚)。
  4.工程实际效果
  该段巷道总长度167m,日进度6m左右。通过井下实际观测,巷道收敛量微小,基本没有什么变化,特别是此工作面自3月28日回采4月26日已推进42m,经受住了工作面老顶初次来压和周期来压的考验。从下三角落顶处看,锚杆锚固的复合顶板没有产生离层现象,对于此处的顶板必须采取强制性的落顶。顶板及两帮移近量甚微,巷道不但不维修且不用超前支护,尤其是此工作面滞后10m处有一水仓,用于截住落塘水不涌人工作面。溜子道须沿空留巷10m左右,此处巷道硬帮及顶都是锚网支护,采空区侧每1.0m支一颗木柱,节约了大量坑木。锚网支护同传统的金属支架及术支架比较,断面利用率高,毛断面减小,出矸量少,省工省力,劳动强度底,可以减少一道打超前支护的工序,节约了支护材料,同时,还可以大大减少巷道返修量。同原条带溜子道木棚相比,木棚返修四次,锚网不用返修:同铁棚相比,铁棚施工3~4个月的时间内,顶板普通有小漏顶及漏帮现象,最大达500mm,铁棚不能紧靠煤壁,造成支架需重新刹帮刹顶,既浪费木材又浪费工时。总之,从整个溜子道切眼锚网支护来看,工程实际效果显著,为我矿软岩复合顶板,回采巷道支护开拓了一条新路子。
  
  四、技术经济分析
  
  1、锚网支护的技术性
  (1)主要参数的选择及确定
  ①锚杆锚固力设计为Q=40kN既满足要求。通过工程实践,利用锚杆拉拨技(MPG-3)测得Q=60~80kN。
  ②锚杆长度、间距的确定是以弹塑性理论为基础,利用普氏公式、泰式公式及H Kastner公式计算校核锚杆长度为1.6m,间距0.8m,而工程实践用锚杆应力计(MGL-3)测得围岩塑性屈服区半径为0.5~0.8m。
  (2)围岩移动观测
  现场监控观测表明,在巷道服务期间内,锚网支护的顶板位移量为39mm,底板位移量为17mm,垂直雷击位移量为55mm,两帮位移量为8mm,而与之同一水平采用木支护的风道在支护回采之前就已经套修三次并发生多次冒顶。回采期间的距切口20m范围内尽管设置双排超前支护,仍然保证不了正常使用断面,人员必须爬行才能通过,随时需要派人清理维修。
  ①木支护是把围岩视作荷载,支护体看成是承载结果,既把围岩与支护分开考虑,而锚网支护是支护体与围眼为形成共同承载题。
  ②木支护是为承受围岩所产生的荷载而设置,而锚网支护是以维持围岩稳定为目的,发挥围岩的自身承载能力。
  从上述分析及位移量曲线可知,锚网支护技术先进,所选参数合理,完成控制了围岩的变形,在工程实际中取得了事半功倍的效果。
  2.锚网支护的经济性
  为了获得较为真实的经济指标,我们曾对锚网支护、术支护和金属支护各在其整个服务期间内、进行了全面仔细地调查,并就支护成本费用和支护材料消耗进行分析比较。在材料消耗上,和金属支架相比,锚网支护可节约钢材0.108t/m,只是金属支架钢材才消耗量的36%:和术支架相比,锚网支护可节省木材1.174m3/m。
  
  五、几点改进意见
  
  1.锚网支护初期造价高。为降低造价,顶部用铁锚杆金属网,两帮用竹锚杆塑料网,这样可以降低巷道支护成本;
  2.网与网搭接需卸螺母锚盘,工序复杂,降低锚固力,浪费材料,建议右搭接变为连网,
  3.工作时打眼较多,凿岩设备不够用,速度慢,可用两台或多台同时打眼;
  4.打眼时工作面粉末较大,应采用专用帮锚机打眼,降低粉尘。并加强工人的劳动保护。