大采高綜采工作面切眼大斷面支護技術(shù)論文
【摘要】大斷面切眼成巷的關(guān)鍵是支護技術(shù)。本文總結(jié)了特大斷面成巷掘進工藝及頂板支護技術(shù)的先進做法和成功經(jīng)驗。
【關(guān)鍵詞】大斷面 切眼 支護技術(shù)
神華寧夏煤業(yè)集團羊場灣礦于2008年6月裝備了一套6.2m大采高綜采設(shè)備,根據(jù)設(shè)備配套要求,按照先擺支架后穩(wěn)輸送機、上采煤機的順序進行切眼設(shè)備安裝。這就使切眼斷面一次達到寬×高=8400mm×4050mm的要求。寬斷面一次成巷最關(guān)鍵是頂板控制技術(shù)。
1 工作面概況
大采高首采工作面Y120201位于2#煤層12采區(qū),總走向長度3720m,工作面傾斜長350m,煤厚6.85～7.37m,平均厚7.0m,煤層傾角3°～14°,平均為8°。2#煤層偽頂巖性為泥巖,直接頂巖性為粗砂巖,老頂為粉砂巖。
2 切眼施工工藝
2.1 掘進工藝
(1)受掘進條件的限制,8400mm寬的切眼不可能一次掘夠?qū)挾�。采用先�?dǎo)硐施工4700mm寬,成巷后再擴幫370mm寬的方式。
采用ABM20S型掘錨機及配套設(shè)備施工。使用ABM20S型掘錨機來完成割煤和裝煤及臨時支護、永久支護工序,破碎機破碎、轉(zhuǎn)運。具體為:每次掘進前,司機將掘錨機調(diào)整到巷道前進方向的中間位置,按由左向右,由上向下的順序割煤,逐步擴大到設(shè)計斷面的要求。循環(huán)截割深度不大于1000mm。截割下的煤落在裝煤鏟板上,同時圓盤耙桿連續(xù)運轉(zhuǎn),將煤炭裝入中部運輸機,運輸機再將落煤轉(zhuǎn)載至破碎機處,再利用帶式輸送機轉(zhuǎn)運至運輸大巷處的帶式輸送機上。采用掘錨機自帶頂護板完成臨時支護,最大控頂距離為2300mm。每一循環(huán)截割完畢后施工人員將鋼筋網(wǎng)及鋼帶放在頂板液壓支撐架橫梁上,然后靠兩個液壓缸頂起液壓支撐架到頂板。兩個尾部液壓穩(wěn)定架缸穩(wěn)定住掘錨機,并且輔助支撐頂板。在液壓缸頂起液壓支撐架到頂板的同時,錨桿機開始永久支護工作。截割結(jié)束并進行臨時支護后,開始進行頂、幫永久支護。頂錨桿及兩幫最上兩排錨桿緊跟迎頭,兩幫錨桿中最下兩排錨桿滯后迎頭不得超過15m。錨索永久支護滯后工作面迎頭不得超過30m。
(2)在距離4700mm導(dǎo)硐成巷施工50m之后(綜掘機滯后掘錨機的距離不小于50m),采用S150J型綜掘機進行3700mm的擴幫施工,采用由下向上左右循環(huán)截割。通過綜掘機二運皮帶將渣運輸至切眼導(dǎo)硐掘進使用的刮板輸送機運出。采用金屬前探梁(1.5寸和2寸的鋼管各三根,每根5.0m,φ20mm的圓鋼三根,每根長500mm,卡子6個,每個前探梁2個)臨時支護,循環(huán)進度為150mm(兩片網(wǎng)),最大控頂距離為1800mm。截割結(jié)束并進行臨時支護后,開始進行頂、幫永久支護。錨索永久支護滯后迎頭不超過30m。
2.2 頂板控制
(1)支護形式
采用“錨網(wǎng)+鋼帶+錨索”聯(lián)合支護。支護材料為頂板采用螺紋鋼錨桿、工作面推進方向煤幫采用玻璃鋼錨桿錨桿、擴幫側(cè)老空煤幫采用圓鋼錨桿、鋼絞線錨索、鐵托板、槽鋼托梁、金屬網(wǎng)、木托板,塑鋼網(wǎng)。
第1次導(dǎo)硐掘進4700mm寬巷道時,巷幫布置φ20×2000mm的玻璃鋼錨桿,間排距為1000×1000mm,每根錨桿安裝2節(jié)φ35×350mm樹脂藥卷;頂板采用φ20×2500mm的螺紋鋼樹脂錨桿,錨桿間排距為750×750mm,每根錨桿安裝4節(jié)φ23×350mm樹脂藥卷,每根錨桿使用一塊150×150×10mm鐵托板。
第二次切眼寬度擴夠后,擴幫側(cè)老空煤幫使用φ18×1800mm圓鋼錨桿,間排距為1000×800mm,每根錨桿安裝2節(jié)φ35×350mm樹脂藥卷,每根錨桿使用一塊400×200×50柳木托板配合一塊150×150×10mm鐵托板;頂板采用φ20×2500mm的螺紋鋼樹脂錨桿,錨桿間排距為750×750mm,每根錨桿安裝4節(jié)φ23×350mm樹脂藥卷,每根錨桿使用一塊150×150×10mm鐵托板。
錨索為φ17.8mm(1×7)鋼絞線長8300mm,錨索間排距為2000×2000mm,錨索托梁長度為2400mm,在切眼正中和左右各2000mm補打錨索,錨索間排距為2000×2000mm, 錨索托梁長度為4400mm,每根錨索裝6節(jié)φ23×700mm樹脂藥卷;2400mm的錨索托梁支護距離迎頭不超過30m, 4400mm的`錨索托梁支護距離迎頭不超過50m。金屬網(wǎng)規(guī)格為3700×900mm(網(wǎng)格150×150mm的鋼筋網(wǎng), φ6.5mm圓鋼加工而成),頂部每排錨桿壓一根鋼帶,鋼帶為φ18圓鋼焊接加工而成,長度3700mm;巷道擴幫側(cè)老空煤幫掛設(shè)塑鋼網(wǎng),網(wǎng)子為15m×2.5m, 網(wǎng)格50×50mm。在巷中支設(shè)1排單體液壓帶帽點柱,間距為1000mm。最終成巷后巷寬8400mm,總支護布置為:頂板錨桿12排、兩幫錨桿各4排、錨索7排、單體液壓支柱1排,如圖1、2所示。
(2)支護機理
導(dǎo)硐每掘進2.3m后采用錨桿進行及時支護,擴幫每掘進1.8m后采用錨桿進行及時支護,頂板短時暴露尚未下沉或未出現(xiàn)離層時就及時安裝上錨桿,進行懸吊、擠壓加固,保持了淺部頂板的完整性及相對穩(wěn)定性。
錨索支護彌補了錨桿長度的不足,預(yù)應(yīng)力大,承載能力強。其實質(zhì)就是把錨索深入到深部穩(wěn)定巖石中,對被加固的巖體預(yù)先施加壓應(yīng)力,限制巖體的松動變形,從而保持圍巖穩(wěn)定。
當錨桿支護形成的壓縮圈厚度小于松動圈厚度時,錨桿支護的懸吊作用減弱,頂板會離層脫落。再采用預(yù)應(yīng)力錨索補強加固,錨索長度大、預(yù)應(yīng)力高、快速承載能力強,形成壓縮圈厚度大,在較大預(yù)應(yīng)力的作用下,把上部穩(wěn)定巖層和下部組成的巖層梁再組合在一起,每根錨索周圍形成的壓縮區(qū)域彼此重疊,在復(fù)合頂板中形成一個厚度更大的均勻連續(xù)壓縮帶,各巖層面互相擠壓,層面摩擦大大增加,使復(fù)合頂板形成拱梁,從而有效的提高了頂板的整體性、穩(wěn)定性,加強了頂板的自承能力。
3 支護效果和經(jīng)濟分析
過去,羊場灣礦在圍巖應(yīng)力集中、頂板破碎的巷道中均采用錨桿加鋼棚支護,支護費用高,工人勞動強度大,工序復(fù)雜,單進低。近幾年來,根據(jù)頂板賦存條件開始大面積推廣錨桿、錨索聯(lián)合支護技術(shù)替代鋼棚等支護形式。到目前為止,所有掘進巷道全部采用這種支護形式,覆蓋面達100%。
(1)用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護,每米巷道支護費用降低1000多元,每年節(jié)約支護費用近4000多萬元,創(chuàng)造了客觀的經(jīng)濟效益。
(2)用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護,其運輸量、運輸環(huán)節(jié)及消耗量少,工人勞動強度大大降低。短掘短錨做到及時支護,消除了空頂作業(yè),改善了安全環(huán)境,帶來顯著的社會效益。
(3)用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護,巷道斷面利用率提高17%,通風(fēng)阻力下降10%,明顯的改善安全生產(chǎn)環(huán)境。
4 結(jié)論
(1)在34.03m2的特大斷面切眼的掘進工藝過程中,最難的是支護技術(shù)。利用錨桿、錨索聯(lián)合支護形式是最好的一種選擇。錨索長度大、預(yù)應(yīng)力高、快速承載能力強,不占巷道空間。既能滿足支護強度要求,又能保證安裝設(shè)備時不受支護影響。
(2)大采高工作面除切眼外的其它巷道,如順槽、盤區(qū)等大斷面巷道的支護均采用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護形式。從切眼來看,從巷道開掘到設(shè)備安裝結(jié)束的4個月時間里,巷道頂板沒有出現(xiàn)大量下沉或冒頂事故。從工作面開采過程來看,現(xiàn)已推進了1400多米,兩順槽超前段采用較簡單的超前維護即可保持頂板完整、無明顯下沉。由此證明,所選錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護形式,規(guī)格、參數(shù)等均能滿足現(xiàn)有頂板管理要求,這種支護技術(shù)是非常成熟有效的,值得全面大力推廣。
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