浅谈掘进巷道过断层破碎带支护工艺优化设计

浅谈掘进巷道过断层破碎带支护工艺优化设计

杨家旺

开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司 唐山市063000

摘要:断层的形成破坏了煤岩层整体性，降低了岩层面胶结稳定性，当掘进巷道过断层带时，断层上下盘煤岩层出现失稳现象，断层面附近煤岩体受构造应力、原岩应力以及上覆岩层重力的影响，出现离层、破碎、局部冒顶现象，单一的锚杆支护锚固效果差，岩层破碎时锚杆的悬吊作用失效。随着时间推移，断层带处应力不断加大，顶板表层岩石层不具有支撑作用且支护作用失效，从而造成破碎带顶板成层状破碎趋势且向顶板深部延伸，从而发生顶板漏顶事故。

关键词:掘进巷道;过断层破碎带;支护工艺;优化;设计

煤矿资源的开发建设不可避免的会受到所处地质环境因素的影响，而增加开发建设难度。为改善此建设背景下的技术环境，相关人员应以巷道过断层破碎带的掘进支护作业为例，通过分析其所处的地质条件，确定了最具效用的支护工艺优化设计措施。这样一来，掘进巷道的支护结构，就能以安全稳固状态为建设者提供安全可靠的作业环境，进而实现行业快速发展的推动目标。

1掘进巷道过断层破碎带支护施工现状

掘进巷道过断层破碎带支护期间,容易遇到含水断层破碎带其会受到水状态影响而发生改变,而这也是发生掘进巷道、支护设施不稳情况的基本原因,这时必然会加大掘进施工、支护施工的挑战性。然而,需要注意的是支护方式有一定的差异,通过单独任一种支护方法无法确保安全防护的效果。所以,需对掘进巷道过断层破碎带支护设计进行优化处理,进而尽可能达到煤矿生产方面的需求、要求,并且确保煤矿生产的安全问题。

2掘进巷道受损基本原因分析

2.1煤矿地质构造成因

因不同的煤矿地质在构造方面比较有较大区别,因此掘进期间若是发生节理发育裂隙问题,这时产生断层破损的概率较大,若想进行巷道支护施工有较大挑战性。岩层地应力差异易遭受巷道形变/受损因素影响,发生岩体位移、支架变形现象。

2.2岩体孔隙水压力、热压力成因

煤岩层孔隙中含有一定的水分,于静止状态下为静水压力、流动状态下承受的为动水压力。煤矿开采煤层岩体受到破坏,岩体孔隙中的水状态发生较大的改变,这时水的压力、岩体力量随之发生变化,从而致使巷道变形,这对煤矿企业的生产作业影响较大。

2.3支护方式成因

为避免发生巷道变形、破坏问题,一般会通过支护技术安全防护,可对以往常用支护方式作以优化处理,比如:锚杆、型钢、锚网等支护方式,以此达到煤矿安全生产方面的相关需求和要求。

2.4煤矿开采深度成因

随着煤矿机械化设备自动化方向发展,开采技术得以不断完善,所以使得煤矿巷道开采深度加深。趋于该种情况下巷道承受应力增加,这在一定程度上使巷道变形、受到破坏的可能性加大。巷道开采深度越来越深、岩层温度提高,处于高温的条件下煤岩层性质经低温时脆性———高温塑性产生改变,因而提高了巷道变形、破坏的概率。

3关于掘进巷道过断层破碎带支护工艺设计的优化举措探讨

3.1锚杆支护的优化方法

进行钻孔施工后使用锚固剂将金属网、钢带,以及锚杆和链接固件保持紧固,然后以施加预紧力的方式加固处理巷道过断层破碎带。

3.2注浆支护的优化方法

巷道掘进到距离土地沟断层5m左右的位置,然后对巷道顶板注浆,于距离顶板1m工作面设置注浆钻孔、保持直线,要求工作人员将各排钻孔数量、钻孔间距、钻孔深度分别设定为4个、1.2m、5m。钻孔、顶板工作面保持10°仰角可确保土地沟断层巷道顶板结构保持稳定状态。完成顶板工作面钻孔施工选择注浆泵于钻孔内注射凝固浆液,建议使用催化剂+马林散制成凝固浆液。除此之外,应有效降低浆液注射压力,确保浆液完全渗入岩体内部环境,顶板工作面凝固浆液完全渗透时停止注浆操作,实行钻孔封堵处理。巷道顶板工作面浆液凝固可继续接下来的工序,因工作面各排注射浆钻孔范围在4m左右,所以巷道掘进3m需作以一次顶板工作面注浆支护。其他相关注意事项:为确保注浆钻孔工作面保持稳定状态,6h内禁止爆破作业。浆应用并发挥注浆加固技术的作用,由于以往注液多选择水泥类材料,究其原因和该类材料投入资金较少有关。然而,需要注意的是具体应用时无法很好的控制水泥颗粒大小,水泥颗粒比较大无法进到岩层微小缝隙,这时则容易构成缝隙堵塞问题,不能达到最佳的注浆性能。针对于此,应做好配置加固浆料的优化工作,要求工作人员施行注浆加固浆液配比性能方面的试验,使用改性聚亚胺树脂作为浆液材料,主要因为这一类树脂材料于水环境中容易凝结硬化,属于有机高分子注浆材料。实际运用期间这一材料能在水环境中产生凝胶体达到隔水效果,浆液注入巷道过断层破碎带会随着浆液流动发生扩散,此时浆液自身会发生凝固硬化,堵塞岩层水渗流空隙中,不但可隔断水源、防水,同时能够达到强固支护巷道过断层的最理想效果。

3.3为钢促棚使支巷护道的掘优进化施方工法期间顺利通过断层破碎

带,要求工作人员进行注浆支护作业后,对巷道内部U29钢棚作业确保支护的效果及安全。通过五节棚梁、棚腿构成钢棚,棚腿长度结合巷道顶板高度确定可设置为3m左右,以便确保棚腿固定的效果。若是架设作业时发生底板松软问题,可以起底浇筑的方式确保棚腿支撑的效果,这个过程邻近棚腿架设位置保持对称状态,进而获得最佳的钢棚支护效果。因为这一工艺设计优化可在掘进巷道过断层破碎带时和地质条件结合起来,合理应用钢棚架设、顶板作业面钻孔等,故此有助于提高煤矿巷道作业的质量。

3.4组合锚索悬板支护的优化方法

组合锚索悬板经4根长度、直径分别为8m、22m的高预应力锚索,2根长度、直径分别为3.4m、20mm加长左旋无纵筋螺纹钢锚杆,1块长度、宽度、厚度分别为4.5m、1.2m、4mm的钢板构成。距离钢板两侧0.25m位置、钢板中部、四周分别焊1个孔径为20mm圆孔,然后在钢板两侧分别焊孔径20mm圆孔。巷道掘进到断层破碎带可使用锚索钻机,于破碎顶板距离巷帮0.32m位置作一个深度、孔径分别为:0.3m、32mm的钻孔,钻孔后于钻孔内填装2支锚固剂、加长锚杆,在此之后通过手持式钻机锚固,锚杆外露长度控制在30mm以内。加长锚杆锚固作业后于前下方安装钢板,使用拱形垫片和螺母进行预紧处理,要求螺母扭矩>200N·m。完成固定钢板、顶板工作后,于中部预留孔位作5个深度7.8m钻孔,分别填装3支锚固剂、预应力钢绞线,通过长和宽乘积获得钢托板、缩句预紧力,预紧力应在36MPa以上。第一块组合锚索悬板作业后方可进行接下来的锚索悬板,邻近悬板间应预留宽度在0.25m的间隙、间隙位置作3个卸压孔,将间距、深度及孔径分别设置为2m、5m、58mm。此外,为确保邻近悬板存在联锁保护功效,建议将邻近2块悬板间通过长度和直径分别为0.4m、30mm圆钢托架保持连接处理。组合锚索悬板支护的过程,可加强钢板、组合锚索的配合,因此可获得较好的破碎顶板支撑悬吊效果,单独一块组合锚索悬板破碎顶板支护面积、传统锚杆配套钢带进行比较差异较大,前者支护面积更大且能完全锚固于顶板位置,获得最理想的支护效果。不仅如此,掘进巷道过断层破碎带邻近2块组合锚索悬板间可通过圆钢托架固定、连接,以此有助于进行锚索悬板间联锁保护,经卸压孔对顶板卸压有效避免发生顶板压力集中所致顶板支护不成功、顶板冒顶状况。

4结掘

语进巷道过断层破碎带支护设计时,要求相关工作人员重视煤岩层变形、松动/破坏等问题,合理实行设计以此发挥支架于煤岩层自身承受力方面的作用,达到安全支护的目的,满足企业方面的相关要求及需求。与此同时,煤矿开采技术、开采设备不断更新,可同步进行掘进作业、支护作业,减少分层掘进的花费时间,进而利于确保工作人员作业的安全、作业效率。

[参考文献]

[1]付鹏.掘进巷道过断层破碎带安全技术研究%StudyonSafetyTechnologyofDrivingRoadwayCrossingFaultFractureZone[J].山东煤炭科技,2019(7):17-19.

[2]林金舜.沙溪特大桥断层破碎带大直径桩基施工技术[J].公路,2019(3):106-110.

[3]王伟.隧道断层破碎带超前支护施工技术[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2019(3):38-41.

[4]邹青林.综采工作面过断层破碎带加固技术[J].山东煤炭科技,2019(7):75-76.