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英文文献澳大利亚克瑞努姆煤矿
译文:
第27届矿山岩层控制国际会议
开采克瑞努姆煤矿15个薄弱顶板长壁工作面后
对薄弱岩层支护的认识及总结
丹潘尼,全球高风险控制协议主持人
必和必拓三菱联合公司
澳大利亚,埃默拉尔德
罗伯特考斯,高级岩土工程师
必和必拓三菱联合公司布瑞德梅顿煤矿
澳大利亚,埃默拉尔德
摘要
最近克瑞努姆煤矿已经完成了对南部矿区的开采工作,在十年的生产时间里,该矿采出了四千万吨的煤,期间发生了四十多次工作面的顶板跨落和三运输巷端、两回风巷端的顶板跨落以及五条巷道顶板远离长壁工作面的跨落。
顶板(锚固层强度小于10兆帕)一直是该矿顶板控制的重点。
而煤质软、节理发育问题,上覆含水岩层的涌水问题,主运输巷小构造和火山道等问题在该矿中也有所表现,本文主要阐述了该矿十年间在地质技术方面的经验,并针对以上问题提出了一些相对有效的治理方法。
引言
克瑞努姆煤矿是位于昆士兰州爱默拉尔德北45公里的一处地下井工煤矿(图1),开发商为必和必拓三菱联合公司。
该矿在1994年开始开拓掘进,1997年投产产煤,2007年12月第15个也是最后一个长壁工作面开采完毕,十年之间该矿开采出了4000多万吨煤,期间长壁工作面因出现四十多次跨落而需要修复和加固。
此外,该矿的三条运输巷道发生了顶板跨落,两条回风巷道发生了堵塞,而五条区段巷道的顶板也随远离工作面而跨落(图2)。
本文将会根据煤矿的巷道开拓方式、基本支护、二次支护、煤柱设计尺寸和长壁工作面的支护等而介绍一些地质技术方面的经验。
值得注意的是,这些仅仅是针对克瑞努姆煤矿的一些经验、解释和解决方法,并不代表其一定适用于其它矿区。
资源勘探
此地区最初勘探时,是以500米正方形斑图为单位实施的钻井勘探。
在钻井过程中对150多个岩心样本进行了单轴抗压强度测试。
并记录了这些岩心超声波实验的速度。
从而得到了克瑞努姆地区中岩心的声音传播速度与单轴抗压强度之间的关系。
应用这种关系能确定煤矿中的锚固地层等值线(图2)。
在第五与第六工作面开采之后,通过煤矿的单轴抗压强度等值线分布图,观察到小于8-10的岩层增多,也就表明岩层条件自第六工作面开始恶化。
制定针对性的风险方案时,通过对单轴抗压强度等值线图和钻孔密度的进一步判定,确定在巷道开拓和准备之前进行深达130米的地表钻孔探测(图3)。
自第六工作面起,根据矿上不同的锚杆支护密度,使用单轴抗压强度等值线可以极其准确地对其进行计划和预算,并能预测出需要进行锚索支护的地方,甚至能得出预算量来。
通过在邻近的凯斯卓煤矿(古登和特姆伯2005)上使用顶板强度指数,使这种技术得到了进一步的细化。
这种考虑了上覆岩层埋深的顶板强度指数等值线显示:
埋深大于150-180米的薄弱顶板比埋深小于150-180米的薄弱顶板更难控制。
结构和构造
如果在地表附近存在玄武岩层,就无法实施三维地震法测试,而在地下遇到断层且断层的上下盘错距为煤层厚度时,使用现有的密集钻孔深度来预测断层时,将会导致矿山规划至少两项内容的改变。
基本支护
全断面铺金属网与钢带
该煤矿起初使用21米全长锚固拉力型顶板锚杆配合钢带进行顶板支护,锚固密度为6根一排,排距1米。
即便该矿初采区域的顶板条件是最好的,层理特别是垂直于水平面的张节理也会导致薄弱岩块在钢带之间冒落而伤到工人(图4)。
因此在进入煤层内的十个煤柱范围之内设置了全顶板隔离屏。
结果原来设置的钢带开始腐蚀,增大了其从顶板落下的危险性。
如果锚杆布置在煤矿顶板条件最好和埋深最小的区域,那么尝试使用每米排距四根锚杆就能成功地控制住顶板。
不幸的是这种最好的锚固区域仅仅存在于初采时期的巷道区域里。
管理者对支护规程的优化
遇到薄弱顶板时(低于10MPa和大约为3MPa),尝试增大锚杆的支护密度。
首先降低排距至075米,如果还不能满足要求,再降至05米。
即使设置了这种每米排距12根锚杆的双锚固密度,在靠近帮部的锚杆与补强锚杆之间的顶板却依然会持续出现网兜和下沉,这些网兜和下沉总是发生在应力缺口处。
尝试在每排六根锚杆的基础之上增加两根锚杆,这两根锚杆分布于前排锚杆与本排锚杆之间,且分别加在巷道的左右两侧(以下简称为6:
2布置方式,图5)。
这种锚杆横穿了顶板的破坏特征线,因而在减少顶板位移量上发挥了极大的作用。
克瑞努姆煤矿巷道中的十次顶板跨落事故都不是在6:
2布置的锚杆支护巷道中发生的。
事实上,这种锚杆布置方式的价值是在一次现场实例中以戏剧性的方式而得到论证的,当时在支护运输巷8中一薄弱区域时使用到了这种锚杆布置方式。
在此现场实例中,连续采煤机掘出准备巷道后煤层顶板就立刻恶化,于是以随后的50米长的巷道断面为试验对象试采用了这种6:
2的锚杆支护布置。
此区域掘进后方的顶板会不断的恶化,而且在换班期间沿连续采煤机掘进方向诱发了66米长的顶板跨落。
在修复该66米长的跨落区域之后两周后,发现在第一排布置6:
2锚杆的区域顶板已停止下沉。
跨落区内侧边线即为顶板的破坏线(图6),它显示了顶板的破坏机理。
发生顶板冒落后,应触发风险预案,及时增加锚杆的支护密度,而不是一味地等待触发岩层管理方案来进行改变。
由于风险预案对单轴抗压强度等值线图依赖性和信任性比较大,基于这点,风险预案最终要求在巷道掘进量的50-60%范围内使用6:
2布置的锚杆。
如果及早地能在该矿广泛推广采用这种6:
2布置的锚杆的话,那么在使用05米排距锚杆布置的期间就能极大地节约巷道掘进花费的时间和材料消耗费用。
对于十二小时的掘进班来说,在一米排距上布置六根顶板锚杆和五根帮锚杆时该班巷道掘进率记录为65米,而在使用锚杆安装机的巷道在布置6:
2锚杆时(每米排距布置8根顶板锚杆和5根帮锚杆),该巷道掘进率记录仅为45米,优于前者。
培训
在任何矿中,顶板的锚固都是最重要的操作。
如果顶板锚固得当,它就能为在其下工作的除锚杆钻机操作员以外的操作员提供一个安全的工作环境,通过对操作员进行早期的班级式培训可以增加操作员在锚杆支护方面的经验和理论理解。
因此,为了适当提高操作人员的锚杆支护理论水平并增加其操作实践经验,该矿通过长达一小时的包括现场和碟片动画演示的教学来对员工进行培训。
随后自动钻锚机的使用减小了孔深变化量、钻速和旋转时间,而停机时间则更是降低至几乎为零。
现在,每根锚杆的安装方式几乎都是统一的且都尽可能地遵循生产厂家的安装建议。
锚固/顶板锚杆的拉力
21米长的顶板锚杆安装在由27标准直径钻机钻出的钻孔中,在钻孔中装有1米长的双速聚氨酯药卷,通常情况下钻孔底部会有10到30没有被聚氨酯锚固。
这大多是因为钻机过度钻进28-29所致,而且如果按照标准顶板条件来计算聚氨酯用量,那么薄弱条件下的顶板聚氨酯量就会缺少25%。
而聚氨酯量过多时会导致两种结果:
要么这些多余的聚氨酯过早的破断,要么逐渐增长的反向作用力将这些聚氨酯压碎。
目前这种情况仍然存在。
在克瑞努姆煤矿中,起初,顶板锚杆在安装后和季度顶板锚杆安装质量审核中的拉力测试都是通过使用扭矩扳手测试力矩而得到的(季度顶板锚杆安装质量审核需要测试锚杆拉力)。
这一步是必要的,因为锚杆螺母的破坏力矩只有80-90(1英尺磅=137),而岩层管理方案中规定螺母的抵抗力矩却达到150英尺磅。
此种测试频率可提高到每推进三十米就对锚杆钻机测试一次,测试是在提供的平面上用两个高力矩测试螺母来进行的。
在克瑞努姆煤矿中这种测试一直持续到自动顶板锚杆钻机的出现,因为这时顶板锚杆螺母的破坏力矩提高到了150英尺磅,每个顶板锚杆都可以用来做力矩测试而不被破坏了。
根据矿区的经验,顶板为节理发育的软岩层时,顶板锚杆的预张拉有利于顶板的支护和岩梁变形量的减小(顶板垂直下沉量减小约10-15%)。
而张拉作用还会在锚杆安装处施加一小的拉紧力以保证垫板紧贴着直接顶。
这两个因素的重要程度被认为至少与与传统的“夹紧梁”(组合梁)理论相当。
而锚杆全长锚固也被认为会得到最好的支护效果。
套管法/岩心圈混合法
在整个煤炭工业都在广泛关注套管和纯聚氨酯时,克瑞努姆煤矿实施了岩心圈混合法以评估其在矿上的使用效果。
与此同时,该煤矿也正在尝试使用一些初期的希雷迪一步法锚杆。
使用岩心圈混合法后,在锚杆岩心圈处没有发现纯聚氨酯和套管的存在(虽然在长壁工作面后方采空区观察到一些)一步法锚杆的岩心混合法显示岩心圈范围内的岩块也能完美地与聚氨酯混合(图7)。
两种锚杆的岩心圈都显示:
在实施岩心圈混合法期间钻孔底部未锚固长度范围内的顶板极易破坏(聚氨酯提供的固结力和约束力不足,图8)。
这也间接地验证了全长锚固锚杆的优点。
它同样验证了改进平滑钻头和翼式钻机形成的钻孔截面的不同(图9)。
帮锚固
由于巷道高34米,且煤层的节理多,因此在该矿的主巷道中的两侧起初都使用2x1.2m(4’)的钢帮锚杆配合蝴蝶形托盘进行支护,而煤体边界处则同样用2x1.2m(4’)的塑料可切割帮锚杆进行支护,以免在采煤机割煤时与之接触产生火花。
当埋深达到约150米时,帮锚杆就需要在三个方面进行改进。
首先,由于长壁工作面支撑压力区两帮松动,就使得推移运输巷的胶带结构(胶带输送机)这一工作变得危险。
在只经过两年的长壁开采后,该矿就决定将可切割塑料帮锚杆的支护密度加大到每米排距三根。
10条件改善后,又出现了新问题,深度大时塑料帮锚杆因承受力有限而出现了常见的剪切破坏,因而在开采第十个长壁工作面时,就换用了强度更高的玻璃帮锚杆。
而且在深度为150-180米时,运输巷和回风巷各自与煤柱相邻的一帮的控制也成为难题。
此时,我们在所有的煤柱的两帮上铺设金属焊接网,这种措施的采用大大提高了两帮的力学性能,保障了安全并改善了回风巷的条件(图10)。
帮锚杆的锚固性
对于12米长的帮锚杆,其聚氨酯药卷长66,通常会有30到50的长度不能被锚固,因此其锚固性差。
通常认为未锚固部分长度对帮锚杆产生了极大的影响,造成了许多破坏,其中包括帮锚杆的几乎所有的拉力和剪力的破坏现象,两帮处锚杆附近深达锚固深度范围内的岩石层裂现象以及螺母从托板中被拉出现象等。
然而,尝试通过增加聚氨酯药卷量或减小钻机钻头尺寸等措施来增加钻孔的锚固性却总是会导致帮锚杆的提前破坏或者帮锚杆头部的扭转破坏。
最近,高强度帮锚杆的发展应用已经使全锚固帮锚杆的性能得到了提高,该锚杆是通过在钻孔中放入1长的双速聚氨酯药卷而达到全锚固效果的。
它的另一优点是简化了聚氨酯的分类,将该煤矿中使用的三种聚氨酯(1米长锚索用慢速聚氨酯、66长帮锚用快速聚氨酯和1米长顶板锚固用双速聚氨酯)简化成了两种:
锚固顶板和两帮用的1米双速聚氨酯和锚固锚索用的1米长慢速聚氨酯。
这种新型帮锚支护体系在巷道掘进中已经被证明了能很好的改善两帮的围岩条件(图11)。
二次支护
像其它煤矿一样,克瑞努姆煤矿也力图避免以大的掘进率来跟上长壁工作面的回采。
因此,只有在连续采煤机上方有足够的支护时(1米排距上布置6-8根顶板锚杆和5根帮锚杆),才可以掘进出煤柱。
如果要求进行二次支护,承包商可以滞后掘进头后方进行支护。
6锚索与8锚索
根据最初的参考意见,锚索的标准长度应为8米。
然而在克瑞努姆煤矿中,巷道顶板下沉的形状大多为三角形(图12),而此三角形的高度与巷道宽度的差值一直在40以内(三角形高48-52米)。
将拱形巷道的自然拱以上4-6米的水平层视为顶板破坏的临界安全线,在巷道横断面的三分之一处安装六米长的锚索,此种安装方式在锚索安装中已经占到50%以上,但是在风险预案中,只有当4-6米水平层能进行较好的锚固时才可以进行这种方式的锚索安装(图13)。
由于薄弱顶板的承载力较小,锚固时需要300见方的托盘,因为200见方的托盘会很容易挤进薄弱的直接顶顶板中。
后灌浆锚索和小孔径端锚固锚索
在最初尝试以水泥浆灌浆锚索锚固作为二次支护标准之后,该煤矿又改用聚氨酯锚固后张拉型锚索作为新的标准。
这种方法在一些非常薄弱的地层的巷道掘进中取得了成功,并使长壁工作面顺利地通过了这些类似薄弱的地层。
虽然岩层条件看起来很差,许多顶板都在不断下沉,但是在运输巷锚索锚固的区域里却没有发生过顶板冒落现象。
当整个煤矿界都在追求后灌浆锚索时,克瑞努姆煤矿却采用了这种方法进行锚固。
而不幸的是,在运输巷中发生了两次顶板冒落事故,这两次冒落都发生在安装后灌浆锚索的区域里(两次事故的埋深都小于180米)。
得出的结论有:
克瑞努姆煤矿的锚索安装是滞后于锚杆安装的,安装时掘进导致的围岩剧烈运动已经不明显了,因此如果顶板离层,通过打钻安装锚索就能预测到水平破坏线的位置。
灌浆体将锚索锚固,因此当顶板荷载在一水平层(预测的顶板破坏层)作用时,由于锚索的延伸率很小,其在很小的变形时就达到极限荷载,这也就使得顶板的下沉量也很小。
由于锚索被浆体完全锚固,因此托盘受力状况不明确,也没有一块区域能显示很小的位移就会导致锚索的破坏,同样也没有代表区域能预示危险即将来临。
在长壁工作面中,支撑压力可以被看做是一种永不停止的力。
在薄弱顶板中会发生一些顶板运动现象。
后来决定只在巷道中恢复使用端锚固锚索。
克瑞努姆煤矿在头十个工作面中从没发生过运输巷锚索锚固区域的冒落事故,而在第十一和第十二个工作面中连续发生了两次运输巷的顶板冒落事故,这两个工作面都是采用的后灌浆法锚索支护(图14),而最后的三个工作面的巷道再没发生过冒落事故。
端锚固锚索除了能对顶板恶化程度进行可视化鉴别并在破坏前有较大位移外,还允许在锚索安装之后再进行后灌浆,通过注浆管将聚氨酯注入已经存在的锚索中(和顶板裂隙中),避免了在巷道端部密集区顶板变形后再在此区域湿润钻机额外钻进安装锚索和装聚氨酯以增强锚固力。
它允许第四条线的动作响应,因此它的效率较高,这种措施只在克瑞努姆煤矿的运输巷道断面实施了两次,但是在两种情况下却都有效地避免了潜在的顶板冒落。
巷道端部冒落后的恢复
该矿运输巷道发生过三次冒落事故,对三次冒落巷道的恢复使用的是相同的也是最有效的方法,即用14台高效掘进机沿着顶板线对冒落材料进行钻进,钻进范围是距巷道端头10-14米范围的冒落区域,向上钻至运输巷的顶梁以上,等冒落物被清除后在下部安装钢支架支护。
在移除有限的材料和对顶板岩梁产生有限的破坏后,就不再需要重建人工假顶了。
锚索锚固梁
在安装巷(开切眼)里不使用非灌浆锚索,开切眼内的支护理论一直是:
建立一个顶板梁,并使顶板的位移量最小。
因此自第六个长壁工作面之后,尽可能地使顶板的内聚力保持在较大值这一做法就一直被作为标准来对待。
在克瑞努姆东部的新矿中,建立高强厚岩梁这一概念一直被当做一极端方法使用,在此区域,有一层极厚的软顶板岩梁(3)存在于6米水平层及以上区域(图15)。
以往在克瑞努姆煤矿中,针对软顶板厚度超过5-6米的巷道需安装8-10米的锚索。
由于在6-10米处层位进行打钻和锚固比较困难,于是就形成了构建高强厚岩梁的设计思路。
将6米长承载力80吨的锚索密集地进行布置安装,施加40吨预张拉力后灌浆锚固。
虽然由于放置支架将工作面扩宽至78米,而在巷道端部因需保持采煤机稳定更是将其宽度增加至98米,但是6米岩梁处的顶板位移增加量却是最小的。
锚索的自顶至底灌浆与自底至顶灌浆
瑞努姆煤矿在薄弱顶板条件下对锚索进行的自顶至底灌浆与自底至顶灌浆操作,这些措施的优点在很多实例中都得到了证实。
在该矿的一次特殊应用中,首次通过掘进宽度48米的开切眼(第六工作面),顶板的位移从工作面两边顺槽处的25增大到工作面中部处的300多毫米。
在其顶板的支护方案中,设计使用锚索和桁架支护,包括对灌浆锚索进行自底至顶灌浆操作。
开切眼顶板位移量大处的锚索需在超细水泥形成的垫板后面再重新设置一个垫板,这样水泥板就都变成了敞开的垫板层,增大了锚索的承载力。
由于顶板的碎裂和外垫板处水泥浆体的流动,水泥浆体不能在一个地方连续的被泵入。
在扩展的时候,一次位移量最大的顶板区域在二次扩展时的位移量却是最小的事实上,顶板位移量大于90的任何区域,其二次位移量都非常小,而顶板位移量小于90的区域的二次位移量会比较显著(图16)。
产生这种现象,有两个公认的原因。
首先,灌浆体的强度比顶板未锚固时的自身强度高的多,因此灌浆体就能形成厚度大强度高的垫板层。
其次,当破坏时,顶板会与灌浆垫层分离并沿着垫层面向下滑落。
顶板运动的速率随裂缝数量增多和摩擦阻力的减小呈指数型增加,摩擦阻力的减小是由于新裂缝形成所致。
重新用浆液填充这些空隙,使垫层与顶板之间再次形成摩擦接触,而充填材料也会重复经历以上的破坏过程。
当二次支护体系安装完成时,重新固结的顶板“块体”的力学性能要比最初的顶板好。
而注入顶板中的聚聚氨酯的工作原理也是增加它与垫板层的摩擦接触,且其强度会不断增大这种方法是有限制的,因为在初始位移较小的中等稳定顶板中更适宜于应用自顶直底灌浆锚索,此时锚索锚固的目的是保持顶板岩梁的完整性及内聚力。
高强度-高张拉力型锚索
工程(希尔,2001),将高强度高张拉锚索应用于特别薄弱的区域,此区域中由于顶板的位移过大而导致巷道的低掘进速度。
主巷7的掘进头(回风)需要在每掘进40米就打锚索支护,这就会导致机器在胶带输送机上经过,而掘进头稍滞后于掘进。
掘进头不需要锚索支护,因为前方掘进头的应力已经得到了释放。
进一步分析可知,当掘进头的80吨锚索的拉力最终达到40吨时,掘进头(工作面)就开始不稳定了,于是就需要对其设置补充锚索来重获稳定。
这种尝试解决了掘进巷道中的稳定问题,形成了以后掘进巷道中的支护标准:
预张力40吨承载力80吨的锚索。
腐蚀
在主巷中应用锚索支护五年之后,人们开始意识到后灌浆锚索在煤矿巷道(服务年限大于5年)中的较强应用性。
这一结论是通过对矿区中某顶板(3)区域的大约35根破坏锚索分析而得到的,该顶板在其整个使用阶段都在变形。
破坏的锚索腐蚀都比较严重,而防腐灌浆能对锚索的耐久性起到极大的作用。
聚氨酯注射
两年时间里克瑞努姆矿都是澳大利亚消耗聚氨酯最多的煤矿之一,两年的消耗量都超过了300吨。
它的用途主要是防治长壁工作面的冒落,但也包括开切眼和其它类型的巷道。
顶板注射锚固
在巷道注射聚氨酯的大致过程如下:
常规支护(通常是单体支柱支护)通常是在注射聚氨酯之前进行的。
为了减小将顶板顶跨的风险,注射泵压限制在85以内。
使用电子顶底板移近量进行监控观测,任一注射孔的顶板位移量不得大于8。
不允许无经验的操作员在不稳定地层区域活动。
注射泵站布置在不稳定区域以外。
使用无膨胀聚氨酯或低膨胀聚氨酯。
泵压应具备在不与煤层相交的钻孔中泵入超过200千克聚氨酯的能力,这样是最有利的。
在注入聚氨酯之后,单体支柱移除之前,应重新建立顶板的应变测定系统。
长壁工作面的注射防冒落
针对长壁工作面冒落的聚氨酯的注射方式最初是由供应商来决定的。
然而,在初次注射之后,岩土工程师开始研制详细的聚氨酯支护和注射方面的方案,此方案包括钻孔的数量、深度和角度,注射量上下限,顶板锚杆、锚索的使用量,销钉和管以及注射顺序等(图17)。
注射质量要在每班结束时提交,并策划搬迁时的支护方案。
在克瑞努姆煤矿中有关注射聚氨酯应学习的内容包括:
当煤层中的工作面前方达到最大值(空顶距)4米时,需要进行推移,此时需要将钻孔时间最小化,因此煤层中的钻孔深度应降低至5米。
在煤层中,最有效的是微膨胀聚氨酯。
为了保护薄弱地层的断层和裂隙,使用钢杆和销钉打钻和安装就显得很重要了(同样适用于胶结灌浆注射)。
聚氨酯全部注入孔管内的最大长度约为12米。
实心钢杆和管道比柔性的锚索要好。
长壁工作面前方软顶板的预先固结
在尝试预固结断层和薄弱岩层时,得到了以下的经验。
当钻孔深度大于50米时,需要全程定位打钻以保证足够的精度。
在对薄弱岩层进行钻孔时,钻孔密度为每米一个钻孔。
在破坏岩层中注入胶结浆体时,由于胶结浆体自身的脆性和其粘聚力不足,在长壁工作面支撑压力作用下,岩层上的裂隙会重新形成,导致固结效果不佳。
如果在钻孔中加入钢的话,效果就能增加十倍。
对于水泥注射来说,有一个大的趋势:
将水泥浆变稀以获得好的可泵性。
对于微细颗粒的水泥来说,水灰比为1:
1时,浆体强度就能达到大约12。
长壁工作面的冒落
在大量消耗聚氨酯的两年时间里,该矿的两个长壁工作面通过了条件非常差的薄弱顶板(煤层以上20米处的岩层强度小于5)。
在第七工作面最后推进的140米里,连续发生了19次顶板冒落,而第九工作面也发生了连续15次的顶板冒落(图2)。
只要工作面一远离聚氨酯预注固结的作用范围,顶板就立刻发生冒落现象。
从这些冒落事故中得到的经验总结如下:
这些事故的发生与操作者和管理者的经验主义有关,他们总是试图“打擦边球”,却总是造成大的冒落事故和耗时较长的工作面恢复,因此在出现第一个危机信号时,就应该立即停工并进行聚氨酯注射加固,而且工作面的触发反映也应迅速些。
煤层以上厚度大于4米的顶板的强度如果小于5的话,即使在标准开采条件下,顶板的控制也是极其困难的。
长壁工作面支架的性能必须极好,这样才能控制好薄弱的顶板,一旦因为支架原因而造成事故,那将是不可原谅的。
当在薄弱裂缝顶板中注浆时,不仅要注入聚氨酯,还要注入包括钢销钉、钢锚索和钢杆等材料。
弱顶板会简单地沿着聚氨酯撕裂,留下包裹一层薄岩石外围的聚氨酯注浆板(图18)。
钢对裂缝的重新开裂起到了一定的抗拉阻挡作用。
当在顶板冒落期间且工作面煤壁继续在裂隙和薄弱顶板中推进时试图完成长壁工作面的产量,就需要使用超前伸梁掘进法,它以提供假顶梁为方式,是一种有效的方法。
还有几次克瑞努姆煤矿在工作面前方顶板线的上部水平安装6米和12米的销钉,每一支架上方至少一或两个,并用聚氨酯进行注射(目的不是固结而是密封和锚固)。
一旦支架的顶梁处在密实顶板之下,那么支架就能重新获得足够的支撑力,就可以将工作面处的任何岩块障碍清除掉,从而使产量恢复到工作面远离固结区之前时的水平,因此假顶的使用保证了生产稳定和产量。
当弱顶板下方是易碎软煤层时,长壁工作面工作面拆除的延迟或预备措施会导致生产速度减小,此时顶板就特别容易冒落。
目前,遇到薄弱顶板时对工作面前方煤层预注聚氨酯控制顶板已经成为普遍使用的措施了。
孔穴充填
在长壁工作面推进过程中遇到一定尺寸的孔穴时,需要对其进行充填,这一应用已逐渐被人们所接受。
充填材料约束了工作面煤壁的运动和顶板的下沉,从而避免了孔穴的增大,同时充填材料还能为支架减少一些支撑力,对设备和操作人员起到保护作用。
而且它还能对采空区的充填起到一些辅助作用。
如果长壁工作面产出了大量的矸石,且这些矸石被运出而没有放置在采空区,那么采空区就有较多的自由空间,其会诱导顶板进一步跨落以使更多的顶板材料充填这些空间。
允许采空区先于工作面进一步密实是有可能的。
(19)虽然酚醛泡沫要比标准的胶凝泡沫贵些,但它的凝结速度却比标准胶凝泡沫快,且风险更小些,因而也算是物有所值(图19)。
克瑞努姆煤矿需要学习的是怎样准确地得到需要充填孔穴的体积。
承包商和供应商擅长于观察孔穴,他们在观察过孔穴后就能说出充填该孔穴所需的产品量,当他们说孔穴需要较多的充填材料时,还能对此说法给以解释,即:
该孔穴要比想想的大。
然而,在经历过两次冒落巷道的恢复工作之后,克瑞努姆煤矿已经能独立地使用测量杆和孔穴测量设备来准确地计算出孔穴的体积了(图20)。
从供货商所引用的泡沫水泥的膨胀系数来看,这些泡沫产品物有所值,充填孔穴的用量也只需要经换算后就能得到(包括形成孔穴底部的致密低膨胀层所需的材料)。
但是,在实际应用中,我们会发现所需的材料量是换算量的将近两倍。
/造成这种现象的直接原因是不当的搅拌和(或)产品的不良性能。
通过准确地测量孔穴的体积以及在喷嘴处对所投注浆料进行定期和随机的抽样和测试,就能保证该注浆工程的质量了。
煤柱
克瑞努姆煤矿区段煤柱的两煤帮间距为30米,埋深为220米。
这里给出了新南威尔士州煤柱设计的安全系数14,它能保证煤柱破坏的概率仅为2%。
当埋深
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