切頂卸壓自動(dòng)成巷質(zhì)量影響因素分析

切頂卸壓自動(dòng)成巷質(zhì)量影響因素分析

0采空區(qū)側(cè)定向預(yù)裂頂板成巷開采技術(shù)分段壓自動(dòng)開采技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱“110工程法”）由何滿朝科學(xué)家基于“短段結(jié)構(gòu)”理論提出。也就是說，在工作場(chǎng)所進(jìn)行開采之前，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)留道路的固定阻力和巨大變形節(jié)點(diǎn)的保護(hù)。然后，采用定向預(yù)裂爆炸性技術(shù)將預(yù)裂頂板技術(shù)應(yīng)用于回采道路沿線形成的空白區(qū)域。黃陵礦業(yè)瑞能煤業(yè)公司于2017年6月22日開始實(shí)施切頂卸壓自動(dòng)成巷開采技術(shù)，并率先在117綜采工作面進(jìn)行試驗(yàn)與應(yīng)用。截至2019年5月，累計(jì)完成留巷2100m，其中117綜采工作面留設(shè)巷道已完成下區(qū)段115綜采工作面回采服務(wù)工作，115綜采工作面留設(shè)巷道已為下區(qū)段113綜采工作面服務(wù)560m,113綜采工作面目前已留巷180m。1切割屋頂，自動(dòng)切割壓力設(shè)計(jì)1.1項(xiàng)目背景1.1.1工作面采動(dòng)影響117綜采工作面開采煤層為2號(hào)煤層，工作面埋深65～260m，自117工作面開切眼至950運(yùn)輸大巷，煤厚由1.0m逐漸變?yōu)?.0m，平均1.45m，工作面最低采高1.6m，超過1.6m煤層一次采全高，煤層傾角2°～5°，平均3°，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，屬自燃煤層，順槽長度約1026m，工作面回采長度為980m，工作面長151m。頂板以細(xì)粒砂巖為主，厚度9.3～11.07m，灰白色夾薄層泥巖。工作面直接頂板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，厚度0.8～2.24m，穩(wěn)定性相對(duì)較差，受采動(dòng)影響易破碎。底板以泥巖為主，厚度0～2.17m，局部夾根土巖，厚度0～0.97m，分布于工作面開口局部段。1.1.2附屬條件117工作面進(jìn)風(fēng)巷巷道斷面為矩形，掘進(jìn)寬度為4.0m，掘進(jìn)高度為2.5m，凈斷面積為10m1.2切割屋頂，自動(dòng)切割壓力設(shè)計(jì)1.2.1硬軸連接設(shè)計(jì)為保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩(wěn)定性，在對(duì)巷道頂板進(jìn)行預(yù)裂切頂前采用恒阻大變形錨索加強(qiáng)支護(hù)1.2.2h試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算:切頂卸壓自動(dòng)成巷無煤柱開采技術(shù)頂板預(yù)裂采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)將巷道頂板與采空區(qū)頂板預(yù)裂切縫，切斷二者之間的應(yīng)力傳遞式中，ΔH試驗(yàn)參數(shù)及切縫布置:根據(jù)工作面數(shù)值分析結(jié)果，同時(shí)考慮到施工的便捷性，取切頂高度為6.0m，切縫線與鉛垂線夾角10°，切縫孔距離117工作面煤壁200mm，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，考慮到切縫施工的經(jīng)濟(jì)性，切縫孔間距初步設(shè)計(jì)為500mm。炮孔試驗(yàn)參數(shù)及切縫布置如圖2和圖3所示。1.2.3巷道支護(hù)分區(qū)工作面劃分:工作面推進(jìn)過程中，不同位置巷道受采動(dòng)影響不同。工作面超前段會(huì)受到超前壓力的影響，工作面開采后，頂板開采垮落，且從垮落到穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，因此距工作面較近的架后區(qū)域不僅需要進(jìn)行頂板支護(hù)，還需進(jìn)行擋矸支護(hù)。隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，當(dāng)巷道距工作面較遠(yuǎn)時(shí)，頂板運(yùn)動(dòng)基本會(huì)趨于穩(wěn)定，此時(shí)可將架后臨時(shí)支護(hù)的設(shè)備撤掉，只進(jìn)行擋矸支護(hù)即可。根據(jù)以往現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，工程實(shí)施前暫先將工作面附近劃分為超前支護(hù)區(qū)(工作面前方20m)、超后臨時(shí)支護(hù)區(qū)(架后0～200m)和成巷穩(wěn)定區(qū)(架后200m之后)，不同分區(qū)采取不同的支護(hù)措施，分區(qū)如圖4所示。超前支護(hù)區(qū)(煤壁前方0～20m):此段巷道位于工作面超前采動(dòng)影響區(qū)，需要超前加強(qiáng)支護(hù)。結(jié)合工作面現(xiàn)有設(shè)備條件，超前支護(hù)仍采用原支護(hù)方式的單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)。超后臨時(shí)支護(hù)區(qū)(架后0～200m):此段巷道位于工作面超后影響區(qū)，受動(dòng)壓影響明顯，巷道頂板壓力較大根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)計(jì)U型鋼+鋼筋網(wǎng)+單體液壓支柱支護(hù)。架后0～200m巷中采用單體液壓支柱+花邊梁進(jìn)行頂板加強(qiáng)支護(hù)，間排距800mm×800mm。巷旁采用U型鋼+鋼筋網(wǎng)+單體液壓支柱支護(hù)的支護(hù)方式，單體支柱與U型鋼間距為500mm，相鄰U型鋼通過兩根拉桿連接。成巷穩(wěn)定區(qū)(架后200m之后):此段巷道受采動(dòng)影響很小，頂板下沉量及單體支柱的壓力變化很小，可認(rèn)為該區(qū)域已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，可將臨時(shí)支護(hù)單體撤掉，只保留U型梁進(jìn)行擋矸，擋矸支護(hù)采用U型梁，U型梁間距500mm。成巷區(qū)臨時(shí)支護(hù)平面如圖5所示。2影響胡同質(zhì)量的因素2.1留巷效果差，造成巷道責(zé)任概念被破壞黃陵礦業(yè)瑞能煤業(yè)公司施工恒阻錨索采用普通錨桿機(jī)進(jìn)行施工，預(yù)裂切縫孔施工采用切縫鉆機(jī)進(jìn)行施工。采用“濕式作業(yè)”，隨著留巷工程的推進(jìn)，117綜采工作面留巷作業(yè)段巷道底板積水增加，底板泥巖長期浸泡水中膨脹形成淤泥，造成該巷道現(xiàn)場(chǎng)文明施工差。人員行走不便，為軌道運(yùn)輸增加了安全隱患，影響成巷質(zhì)量，即便工作面推采過后巷道底板仍有積水淤泥。2.2恒阻錨索支護(hù)質(zhì)量支護(hù)質(zhì)量是留巷質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，當(dāng)圍巖發(fā)生大變形破壞時(shí)，恒阻大變形錨桿可以吸收巖體變形能，使圍巖中的能量得到釋放。恒阻大變形通過結(jié)構(gòu)變形吸收變形能量，吸收能量巷道在回采期間過程中錨桿仍然能夠保持恒定的工作阻力和穩(wěn)定的變形量，從而實(shí)現(xiàn)了巷道圍巖的穩(wěn)定，因此恒阻錨索支護(hù)質(zhì)量直接決定留巷成敗。117進(jìn)風(fēng)巷恒阻錨索施工完畢后，按照要求，鋼絞線初始外露長度為150～200mm，經(jīng)工作面推采過后，隨著采空區(qū)頂板垮落，留巷頂板壓力的增大，恒阻錨索開始出現(xiàn)異常情況，117綜采工作面留巷工程量為980m，根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，恒阻錨索共計(jì)施工1680個(gè)，損壞26個(gè)，不合格率為1.55%，錨索損壞類型有鎖具夾片個(gè)別掉落、錨索恒阻器斷裂、錨索錨固段下沉、鎖具不能有效夾持鋼絞線等。2.3頂板下沉量觀測(cè)117工作面完成推采后，117進(jìn)風(fēng)巷現(xiàn)場(chǎng)存在兩處成形較差，采空區(qū)側(cè)頂板下沉量增大，巷道呈“梯形”。117進(jìn)風(fēng)巷距離切眼4～10m段頂板下沉量明顯增大，原巷道高度2450mm，推采過后巷道高度1900mm，根據(jù)頂板移近量及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示該段巷道頂板下沉量約170mm，底板鼓起380mm，巷道寬度無明顯變化，距離切眼10～20m段頂板下沉量實(shí)測(cè)為10mm。117進(jìn)風(fēng)巷從切眼起沿回采方向161～166m段，頂板下沉量達(dá)到150mm，底板鼓起290mm，巷道副幫煤壁片幫，巷道呈明顯梯形狀，頂部原錨索梁變形，原錨索脫落，壓力顯現(xiàn)明顯。3造成的原因和對(duì)策3.1錨索與鋼絞線強(qiáng)度不匹配,錨索錨固端失效嚴(yán)重文明生產(chǎn):117綜采工作面直接底為泥巖，巖層厚度1.77～2.4m，為灰黑色砂質(zhì)泥巖，底板遇水膨脹，易形成淤泥。施工過程中不能有效將施工廢水收集抽排，導(dǎo)致廢水在巷道積聚，底板受水浸泡時(shí)間較長后形成淤泥。支護(hù)質(zhì)量:根據(jù)錨索工作原理，恒阻錨索二次預(yù)緊時(shí)破壞夾片內(nèi)側(cè)螺紋，導(dǎo)致其咬合能力下降，當(dāng)頂板來壓錨索受力增大時(shí)鋼絞線與夾片之間產(chǎn)生相對(duì)滑移。鋼絞線強(qiáng)度與夾片強(qiáng)度不匹配，鋼絞線強(qiáng)度偏高或夾片強(qiáng)度偏低導(dǎo)致夾片內(nèi)側(cè)螺紋無法嵌入鋼絞線表面。夾片熱處理不過關(guān)，導(dǎo)致其硬度明顯低于設(shè)計(jì)要求。恒阻錨索施工過程中，錨索與樹脂藥卷攪拌、凝固時(shí)間較短，鋼絞線不能有效錨固，工作面推采過后，錨固端失效，錨索下沉失效。預(yù)裂爆破:117回風(fēng)巷道切縫線施工過程中，距離切眼4～10m段6個(gè)預(yù)裂切縫孔被堵塞，無法裝藥，未進(jìn)行爆破;工作面回采前預(yù)先對(duì)10～20m段切縫孔進(jìn)行了窺視，根據(jù)窺視及計(jì)算結(jié)果可知，切縫線10～20m段裂縫率達(dá)98%，切縫孔平均深度6.1m(裂縫率=形成切縫線深度/切縫孔深度);然而切眼外4～10m段裂縫率為0。在工作面推采至117回風(fēng)巷從切眼起沿回采方向161～166m段前，對(duì)該段切縫孔進(jìn)行了窺視，共計(jì)窺視切縫孔10個(gè)，其中7個(gè)切縫孔孔內(nèi)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象、坍塌高度不等，另外3個(gè)切縫孔裂縫率只有70%，切縫質(zhì)量較差。3.2現(xiàn)場(chǎng)施工管理文明生產(chǎn)管理:“110工法”施工前，必須在巷道內(nèi)施工排水渠，加強(qiáng)水泵檢修。施工過程中，加強(qiáng)施工期間廢水收集，及時(shí)抽排廢水，經(jīng)常清理排水渠，確保排水工作正常進(jìn)行。支護(hù)質(zhì)量管理:加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)督管理，建立施工日志，并由技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行全過程跟蹤。加強(qiáng)支護(hù)質(zhì)量驗(yàn)收，及時(shí)進(jìn)行錨索拉拔力試驗(yàn)。恒阻錨索施工一次性預(yù)緊至設(shè)計(jì)值，避免二次預(yù)緊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃陵礦業(yè)瑞能煤業(yè)公司115綜采工作面實(shí)施“110工法”中，恒阻錨索共計(jì)施工1550根恒阻錨索，損壞僅有3根，損壞率0.2%，損壞率大大降低。預(yù)裂爆破管理:加強(qiáng)預(yù)裂切縫爆破管理，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工爆破，嚴(yán)禁出現(xiàn)不爆破現(xiàn)象;爆破前必須確保封泥長度達(dá)到1.5m，并用專用工具將炮泥搗實(shí)。其他方面:加強(qiáng)爆破施工專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)。黃陵礦業(yè)瑞能煤業(yè)公司“110工法”交由綜采隊(duì)施工后，該隊(duì)成立專門的預(yù)裂爆破小組進(jìn)行施工，后續(xù)爆破質(zhì)量得到有效提升，留巷質(zhì)量大大提高。4加強(qiáng)施工過程的管理