特厚煤层综放工作面底鼓治理技术研究

特厚煤层综放工作面底鼓治理技术研究

通过开挖道路和回采，围岩的应力状态会发生变化，道路的表面会移动，尤其是这种位移的不均匀性在鼓的表面最为明显。随着采深的增加,地应力不断加大,对顶板和两帮采用高强度、高预紧力的主动支护系统,压力只有往较薄弱的底板突破。而底鼓的治理却一直缺乏既经济又有效的方法。强烈的底鼓不仅带来大量的维修工作,增加了维修费用,而且还影响矿井的安全生产。爆破锚杆卸压锚固注浆加固反拱底板技术及施工工艺在靖远煤业公司红会四矿4701综放工作面运输巷掘进过程中进行了试验。4701工作面布置在红会四矿西格拉向斜北翼,煤层总体趋势是南高北低,南薄北厚,平均厚度为6m。工作面基本顶为含砾粗砂岩,厚度为17m,直接顶和伪顶缺失,直接底为粉砂质泥岩,老底为细砂岩。在施工过程中巷道不同地段不同程度地发生了底鼓,底鼓量在100～1600mm,不能满足巷道的正常使用,严重影响着矿井正常的采掘衔接,而且支护费用大幅提高。1底鼓巷道支护不当目前,国内外巷道底鼓的防治措施主要有加固法和卸压法。但仅是针对岩层巷道,多是从底板对底鼓进行控制,而煤层回采巷道底鼓的控制一直是个棘手的问题。其主要原因:(1)复杂地层条件下深部巷道的支护理论不完善,支护形式不当;(2)锚杆支护机理不明确,锚杆及参数选择不合理;(3)锚杆的锚固与破碎的围岩不耦合。如果底鼓巷道不能选择正确的支护方法和支护参数,往往造成前面掘进,后面又开始挖底落轨,而且随着修复量的加大,其修复难度和修复费用越来越高。因此,在深部巷道施工及修复过程中,必须根据围岩的地质条件和地压的实际情况选择合理的支护方法及支护参数,才能有效地控制底鼓。1.1铺设锚杆网4701运输巷采用锚网支护,净高2.9m,净宽3.6m。锚杆排间距均为800mm,顶板锚杆为ϕ16×2400mm的钢筋锚杆,帮锚杆为ϕ14×1800mm的钢筋锚杆,全断面铺设小孔菱形金属网。在现有支护状况下,底板变化规律图1所示。1.2锚杆锚注加固法根据现行支护的变形情况和底板的岩性分析,对其治理的方案是:(1)综合治水防止积聚底板遇水膨胀,容易软化,致使强度大幅降低。施工中防止水的积聚对于底鼓治理是一个积极的措施。(2)底部加固形成封闭支护治理底鼓最常见的方法就是封闭支护,加固底板。底板封闭支架主要是支架巷道使用,其作用原理是利用底板部位的反拱支架给底板施加抵抗力阻止底板鼓起,支护效果一般。用混凝土弧板铺底封闭,这种支护形式有一定的效果,但其成本高施工工艺复杂。(3)底板锚注加固法利用空心锚杆兼作注浆管,对围岩进行锚注加固。它可以提高软岩巷道支护效果和围岩的稳定性,扩大注浆和锚杆使用范围。根据巷道的实际测试情况决定在部分松软区采用爆破锚杆孔底注浆方案。根据红会四矿一层煤的底板状况,结合现场实际测试情况,方案为底板反拱型爆破锚杆卸压加固法:底板采用底弧拱型,改变受力状态;管缝式锚杆,全长锚固;管缝锚杆底部局部爆破,卸压同时增强端部锚固力且有利于注浆;特别松软区域在管缝锚杆内加注水泥浆液对底板补强加固。2施工参数2.1p012式底板应力破碎区边界,应用下式计算:计算模型见图2。y=(3p0W201−12p0x24p0+32(C+λp0))12y=(3p0W012-12p0x24p0+32(C+λp0))12式中,p0为垂直地压,2×10-2×417=8.3MPa;W01为底板宽度,4m;C为底板岩石内聚力,12.8MPa;λ为侧压系数,0.2。代入数据:y=(3×8.3×42−12×8.3x24×8.3+32(12.8+0.2×8.3))12=(0.8−0.2x2)12y=(3×8.3×42-12×8.3x24×8.3+32(12.8+0.2×8.3))12=(0.8-0.2x2)12当x=0时,底板中间最大破碎深度为:Dmax=y|x=0=0.89m底部弧拱的下挖深度为900mm。2.2取锚杆长度3gm为了能够实现全长锚固,选择管缝式锚杆施工简单方便。锚杆长度按下式计算:lm=(3p0W2014p0+32λp0)12−Dmax+lw+lclm=(3p0W0124p0+32λp0)12-Dmax+lw+lc代入数据有:lm=2.15-0.89+0.15+0.35=1.66(m)取锚杆长度为1800mm。2.3巷道围岩应力重新分布为了增加管缝式锚杆端部锚固力,又要达到爆破对巷道应力场的卸压作用。巷道掘进时,破坏了围岩原有的应力平衡,导致巷道围岩应力重新分布。如果纵向应力作用强烈,则巷道破坏形式表现为底板鼓起和顶板下沉;如果横向应力作用强烈,则巷道破坏形式表现为两帮向巷道中间移近。因此,要解决巷道底鼓严重的问题,必须从削减巷道围岩纵向应力峰值的角度进行处理。爆破卸压就是一种有效的方法。打完锚杆以后,在每根锚杆内装入150g的煤矿2#炸药,同时起爆。2.4砂浆注释加固遇到破碎区或者特软底板时应对底板进行注浆加固措施。注浆使用便携式风动注浆泵在管缝式锚杆中空部进行。巷道底部加固施工如图3。3爆破作用于围岩的锚固效果(1)利用管缝式锚杆的管内爆破,爆炸冲击波在管缝锚杆的底端产生强烈的冲击膨胀作用,使管缝锚杆端部与孔壁挤实并扩张,与岩体形成一体结构。同时,爆破所产生的爆生气体迅速充满管缝锚杆内部,高温高压的爆生气体使管缝锚杆整体