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)。本文總結了特大斷面成巷掘進(jìn)工藝及頂板支護技術(shù)的先進(jìn)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(chǎng)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(jìn)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(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,總走向長(cháng)度3720m,工作面傾斜長(cháng)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(jìn)工藝
(1)受掘進(jìn)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(lái)完成割煤和裝煤及臨時(shí)支護、永久支護工序,破碎機破碎、轉運。具體為:每次掘進(jìn)前,司機將掘錨機調整到巷道前進(jìn)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(huán)截割深度不大于1000mm。截割下的煤落在裝煤鏟板上,同時(shí)圓盤(pán)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(shí)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?jì)蓚�(gè)液壓缸頂起液壓支撐架到頂板。兩個(gè)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(shí),錨桿機開(kāi)始永久支護工作。截割結束并進(jìn)行臨時(shí)支護后,開(kāi)始進(jìn)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(guò)15m。錨索永久支護滯后工作面迎頭不得超過(guò)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(jìn)行3700mm的擴幫施工,采用由下向上左右循環(huán)截割。通過(guò)綜掘機二運皮帶將渣運輸至切眼導硐掘進(jìn)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(cháng)500mm,卡子6個(gè),每個(gè)前探梁2個(gè))臨時(shí)支護,循環(huán)進(jìn)度為150mm(兩片網(wǎng)),最大控頂距離為1800mm。截割結束并進(jìn)行臨時(shí)支護后,開(kāi)始進(jìn)行頂、幫永久支護。錨索永久支護滯后迎頭不超過(guò)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(jìn)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(xiàn)錨索、鐵托板、槽鋼托梁、金屬網(wǎng)、木托板,塑鋼網(wǎng)。
第1次導硐掘進(jìn)4700mm寬巷道時(shí),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(shù)脂藥卷;頂板采用φ20×2500mm的螺紋鋼樹(shù)脂錨桿,錨桿間排距為750×750mm,每根錨桿安裝4節φ23×350mm樹(shù)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(shù)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(shù)脂錨桿,錨桿間排距為750×750mm,每根錨桿安裝4節φ23×350mm樹(shù)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(xiàn)長(cháng)8300mm,錨索間排距為2000×2000mm,錨索托梁長(cháng)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(cháng)度為4400mm,每根錨索裝6節φ23×700mm樹(shù)脂藥卷;2400mm的錨索托梁支護距離迎頭不超過(guò)30m, 4400mm的`錨索托梁支護距離迎頭不超過(guò)50m。金屬網(wǎng)規格為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(cháng)度3700mm;巷道擴幫側老空煤幫掛設塑鋼網(wǎng),網(wǎng)子為15m×2.5m, 網(wǎng)格50×50mm。在巷中支設1排單體液壓帶帽點(diǎn)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(jìn)2.3m后采用錨桿進(jìn)行及時(shí)支護,擴幫每掘進(jìn)1.8m后采用錨桿進(jìn)行及時(shí)支護,頂板短時(shí)暴露尚未下沉或未出現離層時(shí)就及時(shí)安裝上錨桿,進(jìn)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(cháng)度的不足,預應力大,承載能力強。其實(shí)質(zhì)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(dòng)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(dòng)圈厚度時(shí),錨桿支護的懸吊作用減弱,頂板會(huì )離層脫落。再采用預應力錨索補強加固,錨索長(cháng)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?chē)纬傻膲嚎s區域彼此重疊,在復合頂板中形成一個(gè)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(jīng)濟分析
過(guò)去,羊場(chǎng)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(dòng)強度大,工序復雜,單進(jìn)低。近幾年來(lái),根據頂板賦存條件開(kāi)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(jìn)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,每年節約支護費用近4000多萬(wàn)元,創(chuàng )造了客觀(guān)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)節及消耗量少,工人勞動(dòng)強度大大降低。短掘短錨做到及時(shí)支護,消除了空頂作業(yè),改善了安全環(huán)境,帶來(lái)顯著(zhù)的社會(huì )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 結論
(1)在34.03m2的特大斷面切眼的掘進(jìn)工藝過(guò)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(cháng)度大、預應力高、快速承載能力強,不占巷道空間。既能滿(mǎn)足支護強度要求,又能保證安裝設備時(shí)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(pán)區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(lái)看,從巷道開(kāi)掘到設備安裝結束的4個(gè)月時(shí)間里,巷道頂板沒(méi)有出現大量下沉或冒頂事故。從工作面開(kāi)采過(guò)程來(lái)看,現已推進(jìn)了1400多米,兩順槽超前段采用較簡(jiǎn)單的超前維護即可保持頂板完整、無(wú)明顯下沉。由此證明,所選錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護形式,規格、參數等均能滿(mǎn)足現有頂板管理要求,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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