大采高綜采工作面切眼大斷面支護技術論文
【摘要】大斷面切眼成巷的關鍵是支護技術。本文總結了特大斷面成巷掘進工藝及頂板支護技術的先進做法和成功經驗。
【關鍵詞】大斷面 切眼 支護技術
神華寧夏煤業集團羊場灣礦于2008年6月裝備了一套6.2m大采高綜采設備,根據設備配套要求,按照先擺支架后穩輸送機、上采煤機的順序進行切眼設備安裝。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鍵是頂板控制技術。
1 工作面概況
大采高首采工作面Y120201位于2#煤層12采區,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寬度。采用先導硐施工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、轉運。具體為:每次掘進前,司機將掘錨機調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,逐步擴大到設計斷面的要求。循環截割深度不大于1000mm。截割下的煤落在裝煤鏟板上,同時圓盤耙桿連續運轉,將煤炭裝入中部運輸機,運輸機再將落煤轉載至破碎機處,再利用帶式輸送機轉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。每一循環截割完畢后施工人員將鋼筋網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。兩個尾部液壓穩定架缸穩定住掘錨機,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截割。通過綜掘機二運皮帶將渣運輸至切眼導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,循環進度為150mm(兩片網),最大控頂距離為1800mm。截割結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+鋼帶+錨索”聯合支護。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、木托板,塑鋼網。
第1次導硐掘進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。金屬網規格為3700×900mm(網格150×150mm的鋼筋網, 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;巷道擴幫側老空煤幫掛設塑鋼網,網子為15m×2.5m, 網格50×50mm。在巷中支設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定性。
錨索支護彌補了錨桿長度的不足,預應力大,承載能力強。其實質就是把錨索深入到深部穩定巖石中,對被加固的巖體預先施加壓應力,限制巖體的松動變形,從而保持圍巖穩定。
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。再采用預應力錨索補強加固,錨索長度大、預應力高、快速承載能力強,形成壓縮圈厚度大,在較大預應力的作用下,把上部穩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域彼此重疊,在復合頂板中形成一個厚度更大的均勻連續壓縮帶,各巖層面互相擠壓,層面摩擦大大增加,使復合頂板形成拱梁,從而有效的提高了頂板的整體性、穩定性,加強了頂板的自承能力。
3 支護效果和經濟分析
過去,羊場灣礦在圍巖應力集中、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,工序復雜,單進低。近幾年來,根據頂板賦存條件開始大面積推廣錨桿、錨索聯合支護技術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、錨索聯合支護,每米巷道支護費用降低1000多元,每年節約支護費用近4000多萬元,創造了客觀的經濟效益。
(2)用錨網、錨索聯合支護,其運輸量、運輸環節及消耗量少,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,改善了安全環境,帶來顯著的社會效益。
(3)用錨網、錨索聯合支護,巷道斷面利用率提高17%,通風阻力下降10%,明顯的改善安全生產環境。
4 結論
(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。利用錨桿、錨索聯合支護形式是最好的一種選擇。錨索長度大、預應力高、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、盤區等大斷面巷道的支護均采用錨網、錨索聯合支護形式。從切眼來看,從巷道開掘到設備安裝結束的4個月時間里,巷道頂板沒有出現大量下沉或冒頂事故。從工作面開采過程來看,現已推進了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、錨索聯合支護形式,規格、參數等均能滿足現有頂板管理要求,這種支護技術是非常成熟有效的,值得全面大力推廣。
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