復(fù)合頂板支護(hù)目前仍是新汶礦業(yè)(集團(tuán))公司推廣應(yīng)用煤巷支護(hù)的技術(shù)難點(diǎn)之一。翟鎮(zhèn)煤礦以往在復(fù)合頂板煤巷掘進(jìn)過(guò)程中使用錨桿支護(hù)時(shí)曾發(fā)生過(guò)冒頂,在一定程度上影響了煤巷錨桿支護(hù)在全礦的推廣。為了促進(jìn)錨桿支護(hù)在全礦的應(yīng)用,對(duì)3401西運(yùn)輸巷進(jìn)行了復(fù)合頂板煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)試驗(yàn)研究,并取得了成功。
1、試驗(yàn)巷道的技術(shù)條件
3401西運(yùn)輸巷沿4煤頂板掘進(jìn),鉆眼爆破法施工,巷道凈高2.4m,凈寬3. 2m,埋深H=380-410m,走向700m。.位于3202W面下方,掘進(jìn)過(guò)程中將受到3202W面采動(dòng)壓力影響。4煤厚2.8-3.0m,傾角8%uBA,硬度f(wàn)=1.5-2,與上部2煤層間距14~15m;直接頂為深灰色泥質(zhì)粉砂巖,厚1.2~2. 2m,巖石抗壓強(qiáng)度22-45MPa,層理發(fā)達(dá),裂隙一般,局部夾4煤上1,其上為0.4-0.8m厚的4煤上2,再上為深灰色粉砂巖,厚2. 5-4. 2m;老頂為灰白色中砂巖,厚4. 0m,巖石硬度f(wàn)=5-6;底板上部為黑色泥巖,厚0. 25m,其下為0. 5m厚的粉砂巖,再下為1. 0-2. 0m中細(xì)砂巖。詳見煤層綜柱狀圖1。
2、錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)的支護(hù)機(jī)理
復(fù)合頂板支護(hù)的難度,在于軟夾層(煤線、泥巖)地質(zhì)弱面的存在,導(dǎo)致上、下層面間的結(jié)合力低,普通錨桿無(wú)法將其包納入錨固范圍之內(nèi),承載能力有限,而且軟弱夾層本身的松動(dòng)膨脹也會(huì)對(duì)下位巖層形成較大的垂直載荷,易導(dǎo)致頂板垮落。特別是3401W運(yùn)輸巷位于正在開采的3202W面的下方,承受地壓和采動(dòng)壓力的雙重作用,必須采取一定補(bǔ)強(qiáng)措施,才能確保施工安全。
應(yīng)用“錨帶網(wǎng)+錨索”聯(lián)合支護(hù)方式可以克服單純錨桿(錨帶網(wǎng))支護(hù)的弊病?!板^帶網(wǎng)”可以發(fā)揮擠壓加固作用,促使錨固范圍之內(nèi)的巖石形成能承受一定載荷的整體結(jié)構(gòu),維護(hù)錨桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)的頂板,保持整體性,一定程度上阻止上部圍巖的松動(dòng)與變形??紤]到頂板中等穩(wěn)定的特性,采用W鋼帶配合金屬菱形網(wǎng)來(lái)維護(hù)頂板。錨索則錨固在上部穩(wěn)定的老頂巖層之中,發(fā)揮其懸吊作用,將潛在的垮落范圍之內(nèi)的頂板巖層懸吊于完整堅(jiān)固的老頂巖體上,由錨索來(lái)承擔(dān)垮落范圍之內(nèi)的巖層所受的垂直載荷,防止頂板巖層離層。
3、支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)
3.1錨帶網(wǎng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)
錨帶網(wǎng)的作用在于維護(hù)巷道頂板及兩幫煤壁的完整性。因此,按照加固拱原理和松動(dòng)圈理論,進(jìn)行各參數(shù)計(jì)算,最終設(shè)計(jì)的錨帶網(wǎng)支護(hù)參數(shù)為:頂錨桿選用長(zhǎng)1. 8m、?8全螺紋錨桿,間距0.85m,排距0.7m,采用2個(gè)Z2335樹脂藥卷實(shí)現(xiàn)加長(zhǎng)錨;幫錨桿采用長(zhǎng)1.8m, ?8車絲螺紋鋼錨桿,排距0.7m,上幫間距0. 7m,下幫間距0. 8m,采用1個(gè)Z2835型樹脂藥卷:鋼帶為BHWZ50—800%uD72?00型。
3.2錨索參數(shù)設(shè)計(jì)
根據(jù)煤層頂、底板的實(shí)際情況,為保證錨索提供足夠的懸吊能力,將錨索錨固于砂巖老頂中,錨索在老頂?shù)腻^固長(zhǎng)度取1.0m,因此將錨索的總長(zhǎng)度設(shè)定為6m。上覆巖層潛在垮落范圍內(nèi)直接頂巖層的自重荷載為:
W=S?%u3B3?D排
式中 S—潛在破壞范圍的面積,
h&apos-潛在冒高,h&apos=1. 5B=4. 8;
B-巷道寬度,取3. 2m;
%u3B3-巖體的容重,取24kN/m%uB3;
D排一錨索的排距,按2排錨桿布置1根錨索設(shè)計(jì),取1. 4m。
故 W= 241.9kN
錨索的懸吊能力P為:P=P1>W(wǎng)
P1為錨索的破斷載荷,P1=260kN
3401西運(yùn)輸巷錨桿+錨索支護(hù)總體布置參見圖2。
4、巷道礦壓觀測(cè)研究
為了驗(yàn)證錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)對(duì)復(fù)合頂板煤巷維護(hù)的可靠性,在掘進(jìn)的同時(shí)對(duì)巷道進(jìn)行了表面位移、頂板離層等綜合礦壓觀測(cè)。為調(diào)整、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)提供了依據(jù)。
4.1礦壓觀測(cè)結(jié)果
(1)表面位移量觀測(cè)。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ測(cè)站頂板和兩幫變形與時(shí)間關(guān)系曲線參見圖3。
(2)錨桿受力觀測(cè)。頂部和幫部錨桿受力與時(shí)間關(guān)系曲線參見圖4。
(3)錨索受力觀測(cè)。錨索受力與時(shí)間關(guān)系曲線如圖5所示。
4.2觀測(cè)結(jié)果分析
(1)錨桿支護(hù)效果
對(duì)表面位移觀測(cè)的結(jié)果為Ⅱ測(cè)站因受采動(dòng)影響,所以變形量較大,其中頂板下沉175mm,兩幫移近218mm和102mm,在巷道掘出約15d后,基本趨于穩(wěn)定,說(shuō)明此種支護(hù)基本合理.從觀測(cè)到的錨桿受力情況看,都發(fā)揮了積極作用,以人工設(shè)置改善提高了圍巖整體性能,促使圍巖形成組合梁、加固拱,以圍巖自身的穩(wěn)定性去承受地壓。這是一種積極主動(dòng)的方式,也是其與架棚的根本區(qū)別,從效果看,也優(yōu)于架棚。隨著采面的推進(jìn),對(duì)位于架棚段的I號(hào)測(cè)站進(jìn)行了觀測(cè),雖然在800mm棚距的基礎(chǔ)上又加了棚,使棚距達(dá)到400mm,但頂板下沉量仍達(dá)到372mm,兩幫移近459mm,部分架棚段已發(fā)生頂板冒落,棚梁壓彎,棚腿變形蹬出,片幫加劇,采用錨桿支護(hù),即使在經(jīng)受采動(dòng)壓力和側(cè)向支承壓力煤柱壓力聯(lián)合作用下,頂、幫仍具有較高的強(qiáng)度抵抗外力,保持自穩(wěn),當(dāng)受采動(dòng)影響時(shí),頂錨桿承受了100kN左右的力,幫錨桿承受了80kN左右的力。有效阻止了錨桿錨固范圍的頂板離層和煤壁片幫。通過(guò)測(cè)力錨桿,還分別獲得了錨桿所承受的徑向力和軸向力,錨桿提供的軸向力增加了頂板各巖層間的摩擦力,阻止了層間的離層錨動(dòng),錨桿徑向力表明錨桿本身有一定抗剪切能力,提高了頂板抵抗外力維持穩(wěn)定的能力。
(2)錨索支護(hù)效果
錨索在整個(gè)支護(hù)體系中,也發(fā)揮了重要作用。Ⅱ測(cè)站的錨索力最大達(dá)到160kN,這表明錨索已承擔(dān)來(lái)自上覆巖層的載荷。錨索附近的雙高度離層指示儀讀數(shù)為18mm,已進(jìn)入警戒范圍。說(shuō)明由于4煤上分層等地質(zhì)弱面的存在,錨桿錨固范圍的巖層已同上部穩(wěn)定巖層發(fā)生離層,這種離層下沉若不能有效控制,必須會(huì)發(fā)展成冒落,錨索的作用正是在離層巖層與上部老頂間建立聯(lián)系,阻止直接頂下沉,維護(hù)上覆巖層的整體結(jié)構(gòu)。在本次試驗(yàn)之前,也曾在此條巷道???進(jìn)行過(guò)錨網(wǎng)支護(hù)試驗(yàn),隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和采面的推進(jìn),其頂板下沉量最大達(dá)300mm以上,為確保安全,又對(duì)其部分地段進(jìn)行架棚,即使如此,頂板仍不斷下沉。本次試驗(yàn),采取錨索支護(hù)做為補(bǔ)強(qiáng)措施,Ⅲ、Ⅳ測(cè)站的錨索受力穩(wěn)定,只在很小的幅度內(nèi)波動(dòng);頂板離層值亦不大,都控制在安全范圍內(nèi).說(shuō)明錨索作為一種主動(dòng)支護(hù),能平衡潛在垮落范圍內(nèi)巖層所受載荷,阻止其垮落,進(jìn)一步增加了圍巖的承載能力。
5評(píng)價(jià)
試驗(yàn)是成功的,聯(lián)合支護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了效率;巷道維護(hù)效果好,后續(xù)工程量減少;節(jié)省大量材料,節(jié)支降耗效果顯著,安全可靠性大。
防火材料多用于建筑,形式各種各樣對(duì)現(xiàn)代防火起到絕對(duì)性的作用,材料檢測(cè)常用的防火材料包括防火板、防火門、防火玻璃、防火涂料防火包等