高海拔地区特厚煤层综放开采实践

高海拔地区特厚煤层综放开采实践

恩洪煤矿位于1800米的水平中央水库全长450米。在开挖过程中，采用u25钢的开放式支撑支架，顶部为半圆形拱，底部为梯形，皮革制品、后脑支撑和顶板。中央水仓布置在C9煤层与C21煤层之间,半圆拱形断面,巷道净宽3470mm,净高2760mm,棚距700~750mm,巷道在掘进过程中,穿过C8,C9,C10,C11,C14,C15,C16等煤层均揭露,巷道大部分在C11煤层顶板之中。C11煤层伪顶为灰色黏土岩或粉砂质黏土岩,厚度0~2.95m,直接顶中有一质地较硬、浅灰至灰色中厚层状细砂岩间夹薄层粉砂岩,厚为5.5m左右。该巷道围岩遇水膨胀较快,压力大,巷道设计净断面为7.31m2,掘进工程施工完后,进行二次支护前,断面只有2~3m2。为了使水仓检修后能够使用,检修设计使用粗料石砌碹支护,断面为半圆拱,净宽3600mm,净高3000mm,碹墙和碹顶均为粗料石,厚400mm。随着检修工程的进行,初期支护效果还可以,检修20多m后,又出现巷道严重变形的情况,不能正常使用就停止了检修。为保证+1800m水平中央水仓能够及时投入使用,保证改扩建工程正常进行,有必要采取一种新型的支护方式,确保施工安全、快速、合理、有效。1水仓库的切割和维护方式的确定1.1水仓的容量根据恩洪煤矿地质含水量及最大涌水量情况,以及水仓长度已经确定的情况下,为了保证水仓的容量,要求水仓的净宽为3720mm,有效净高不低于3060mm。考虑到原水仓掘进后,巷道变形严重以及围岩松动圈的范围,决定把原来检修粗料石砌碹半圆拱断面改为受力状况仅次于半圆拱的三心拱断面,既可满足使用条件,又可降低检修施工中刷帮、挑顶工作量。1.2水仓开挖量的影响原检修粗料石砌碹支护开挖及支护工程量大,工人劳动强度高,施工工艺复杂,且在施工中常因临时支护不能及时跟上,易发生事故。因此要求尽量减少水仓开挖量,缩短施工工期,保证水仓在施工中能正常运行。决定在水仓施工中采用格栅支架+锚喷网联合支护代替原粗料石砌碹支护,以降低硐室的开挖量,缩短工期。1.3预应力筋、锚杆、网、网1)水仓断面采用三心拱断面,硐室净宽3720mm,墙高为1200mm,拱高为1700mm,水仓采用格栅支架+锚喷和金属网联合支护。2)格栅支架采用Φ18mm螺纹钢筋制作,4根主筋,分为3节,接头处用钢板、螺栓连接,脚板、连接钢板规格为200mm×200mm×20mm,4颗螺栓、4根主筋为长方体布置,每隔400mm采用1道箍筋,箍筋为Φ18mm螺纹钢筋,在4根主筋为长方体布置的四面采用Φ6mm普通钢筋作为配筋,配筋与主筋按三角形布置,主筋、箍筋、脚板、连接钢板、配筋之间均为焊接。格栅支架棚距(800±50)mm。3)起拱线以上采用Φ25mm焊管作超前支护,起拱线以下采用Φ14mm螺纹钢筋作连接筋,连接筋与格栅支架之间用12号铁丝彼此间扭结牢固。4)锚杆采用钢筋锚杆,锚杆的杆体为Φ18mm×2500mm的普通螺纹圆钢金属杆体;水泥药卷锚固剂,锚孔深度2200mm,水泥药卷全长锚固;托板为铁托板,规格为150mm×150mm×10mm;每架6根,拱4根,两帮各1根,起锚固及固定格栅支架的作用。5)金属网使用Φ6mm普通钢筋制作,规格为1200mm×900mm,网孔为120mm×120mm;网距岩面50mm,背于格栅支架后面;网与网搭接宽度为100mm,且每隔200mm用12号铁丝彼此间扭结牢固。6)喷混凝土厚度为150mm(初喷厚度为50mm,以后逐渐复喷至150mm厚),喷混凝土标号不低于200号,混凝土配比(体积比)为水泥∶石子(细集料)∶沙子=1∶2∶2。2顶喷混凝土锚杆1)准备工作。施工时制作可移动的作业平台,敷设好管线等设备,为施工人员创造一个合适的施工空间和作业高度。作业平台搭设方法:平台长4m,宽2m,高1m;搭设平台的木料直径不小于15cm,平台上铺设厚5cm的木板密排布置,用钯钉固定。在平台后端设置一人行梯,供作业人员上下。2)扩帮、挑顶、支护。①挑顶作业从水仓的外面向里逐架进行,先回撤原U25钢可缩性支架,按断面要求进行扩帮挑顶,每次扩帮、挑顶长度不超过1m。扩帮、挑顶采用风镐进行,特别困难的地方采用爆破,炮眼间距为400mm,炮眼深度视具体挑顶高度而定,拱顶部每个炮眼装药量为100g,拱顶两侧每个炮眼装药量为200g,一次起爆最大药量不超过800g;挑顶后要及时将浮矸石等处理干净,检查挑顶处的规格质量,按要求架设格栅支架及打锚杆进行支护;挑顶每1m为一个循环以此类推。②扩帮、挑顶每达到架设一架支架的距离后,及时架设支架,挂网、布置超前管棚、连接筋,并用12号铁丝彼此间扭结牢固,架设锚杆(布置锚杆眼—打锚杆眼—用压风吹洗锚杆眼内的煤、岩渣—将水泥药卷浸泡在水中、浸透—装锚杆前用炮棍把水泥药卷送入锚杆眼底部并用专用工具捣实,及时装上钢筋锚杆)。初喷混凝土厚度为50mm,喷浆封闭支护距工作面距离不大于0.8m。3)待水仓挑顶、扩帮、架设支架、挂网、布置锚杆、初喷工作全部完成后,最后对整个水仓硐室顶、帮进行复喷混凝土支护,复喷分2次进行,达到设计厚度。3加固围岩的自承性虽然支架支护属被动支护,但配合锚杆支护增加了一定的强度。锚杆支护属主动支护,通过锚杆与围岩的相互作用,改变围岩的受力状态,提高围岩的强度,充分利用围岩自身承载力来抵抗围岩压力;喷混凝土主要作用是封闭围岩表面,与围岩牢固黏结,金属网增加了喷混凝土的抗拉、抗剪强度和弹性变形,提高喷混凝土的整体性,三者共同作用加固围岩,充分发挥围岩的自承能力,同时保护锚杆形成的组合拱不受破坏。到目前为止,水仓检修后已投入使用达3年多,局部发现裂隙、混凝土脱落等现象,但总体还是比较完整,说明硐室采用格栅支架配合锚喷网支护是成功的。4经济效益分析1)与粗料石砌碹支护相比,在水仓硐室施工中,采用格栅支架配合锚喷网支护,可减少围岩开挖量,降低工人的劳动强度,省去了砌碹支护立模、拆模工序,而且加快了施工进度。2)采用格栅支架配合锚喷网支护技术,成本低、效益好。与砌碹支护相比,喷混凝土厚度只有砌碹的37.5%,围岩开挖量降低了62.5%,木材的消耗为零,对整个工程而言,采用砌碹支护,