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1、收稿日期: 2010- 04- 22 作者简介: 马长顺 ( 1964?), 男, 河南新乡人, 助理工程师, 1988年 毕业于焦作煤炭工业学校, 长期从事井下采掘一线技术工作。 技术经验 ? ?千秋矿架空人车下山加固支护技术 马长顺 (山西晋义矿业有限公司, 山西 临汾? 041000) 摘要: 千秋矿是一座具有 50多年开采历史的老矿, 长期受采动影响, 井下巷道变形破坏程度较高, 其中架空 人车下山巷道破坏较重, 已影响人员运输。为解决架空人车下山巷道大面积严重失修的状况, 从巷道布置与 原岩应力方向关系、 围岩条件、 地质构造影响等方面考虑, 并根据现场具体情况设计合理的支护方案,
2、对下山 巷道进行加固, 其效果良好。 关键词: 架空人车; 采动影响; 围岩条件; 地质构造; 支护方案 中图分类号: TD353? ? ? 文献标识码: A? ? ? 文章编号: 1003- 0506( 2010)08- 0049- 03 Reinforce Supporting Technology of AerialRopeway Vehicle in Qianqiu CoalM ine Ma Changshun (ShanxiJ inyiM ining Industry Co. , Ltd. , Linfen?041000, China) Abstract : Q ianqiu Coa
3、lM ine has beenm ined for 50 years . The degree of defor mation and failure of roadway inm ine was high because ofm ining influence . Destruction of aerial rope way vehicles was heavier , which influenced personnel transportation of the coalm ine . To solve serious disrepair of dip roadway of aerial
4、 rope way vehicles , according to the situation of relationship bet ween roadway layout and direction of surrounding rock stress , conditions of surrounding rock, aspects of geological structure , combinedw ith the specific circum? stances of rational supporting design sche me , dip roadway were rei
5、nforced effectively . K eywords : aerial rope way vehicles ; m ining influence ; surrounding rock condition; geological structure ; supporting sche me ? 千秋煤矿架空人车下山 (进风下山 )长约 540 m, 其右侧的 5个一分层工作面均已回采完毕, 二、 三分层未回采: 其左侧的 21101 、 21102两分层已回 采完毕, 21181综放一次采全高工作面于 2005年 10 月回采完毕, 21112综放工作面于 2005年 10月开 始回
6、采。 架空人车下山为全煤巷道, 沿底掘进。该区域煤 层顶板等高线变化平缓, 倾角 13 14 , 但煤层厚度 变化比较大, 3905 、 3803钻孔揭露煤厚分别为 12?6 , 8?5m, 3807钻孔揭露煤厚 20?3 m, 下山左侧煤层厚 度较大, 下山右侧煤层厚度较小, 上部区域煤层厚度 较小, 下部煤层厚度较大。据 3807号钻孔实际揭露, 二煤厚 20?32 m; 二煤顶板泥岩厚 23?37 m。二煤底 板为含砾黏土岩, 厚 3?48 m, 灰色; 其下为泥岩, 厚 1?17m; 基本底为细砂岩, 厚 10?16m, 泥和硅质胶结, 夹泥岩薄层, 具斜层理和小型交错层理。当下山巷道
7、 沿煤层底板全煤布置时, 顶板 30 40 m、 底板 4 5 m 均为软弱煤层或岩层, 因此巷道施工过程中围岩稳定 性较差, 受采动影响, 围岩松动破坏范围较大, 给巷道 支护带来难度, 也给巷道后期维护造成困难 1。 1? 架空人车下山支护与破坏状况 巷道支护原采用 U型钢拱形支架支护, 喷浆封 闭。由于底鼓严重, 反复的起底工作导致拱形支架 两腿失去支撑甚至悬空, 两腿受挤压内移, 巷道宽度 变小, 影响架空人车的正常运行。巷道受破坏状况 如图 1所示, U型钢拱形支架承载能力如图 2所示, 可见支架承受侧向压力的能力是很低的, 特别是当 底鼓严重、 反复起底, 导致拱形支架两腿失去根基
8、甚 至悬空时, 很容易造成支架两腿内移, 断面缩小, 影 响巷道正常使用。架空人车下山 U 型钢拱形支架 支护巷道变形破坏严重, 表明现有的支护强度不足, 不能达到支护效果。 !49! 2010年第 8期 ? ? ? ? ? ? ? ?中州煤炭? ? ? ? ? ? ? ?总第 176期 2? 支护设计原则 ( 1)以主动加固代替被动承载, 尤其要避免支 架棚腿水平压力。巷道围岩压力主要由围岩自身来 承载, 支架只承载很小的部分, 因此加固围岩、 提高 围岩强度是最科学、 最有效、 最经济的技术手段。实 践证明, U型钢拱形支架在未采取壁后充填、 封底等 配套措施的情况下, 其实际承载能力是很
9、低的, 尤其 不能承受较大的水平压力, 很难实现均匀可缩的目 的。故设计时建议取消 U型钢拱形支架被动支护, 采取锚网喷和注浆主动支护技术。若围岩破碎, 则 取消现有拱形支架支护, 如在施工上存在困难, 可取 消棚腿或者采取让压措施以减轻支架棚腿横向载 荷, 使载荷主要由锚网支护承载。 ( 2)加强对巷道底鼓的治理, 采取封底措施, 形 成封闭支护。现场观测表明, 巷道两帮及顶板变形 严重, 影响架空人车的正常运行。因此, 重视对底鼓 的治理, 采取封底措施, 形成封闭支护, 是本设计的 另一重要原则。 ( 3)采用 高锚固力 #、 高预紧力 #高强锚杆, 实现强力主动支护。锚杆支护的关键是确
10、保每根锚 杆都能实现 及时、 主动、 可靠、 有效 #承载, 因此采 用 高锚固力#、 高预紧力 #的高强锚杆, 实现主动 支护, 其中关键是提高锚杆预紧力, 即安装荷载。 3? 巷道修复加固方案的确定 3?1? 方案的提出 分析架空人车下山地质条件、 破坏程度等因素, 结合现有支护材料, 提出 4种加固方案。 ( 1)大断面扩修、 全断面锚网喷支护 (图 3a)。 按设计要求扩大整个断面, 撤掉全部支架; % 全断 面铺网, 安装锚杆、 锚索, 然后全断面喷浆封闭; % 原顶梁由锚杆或锚索固定; 架空人车顶梁保持不动, 两钢丝绳间距减小 200 mm, 挂钩缩短 200mm; ( 选择合适时
11、机进行二 次注浆加固。 ( 3)扩帮、 蹬腿、 锚网喷加固 (图 3c)。 扩帮、 蹬腿, 将两棚扶直, 顶板及顶梁基本保持不动; % 除 顶板极其破碎、 架后空间较大、 无法安装锚杆的地段 外, 巷道顶板也要进行锚喷加固; % 两帮锚网喷, 并留出 变形让压空间 200 300mm; 选择合适时机进行二次注浆加固 2。 图 3? 巷道断面及支护设计 3?2? 方案比较与选择 从巷道布置与原岩应力关系、 围岩条件、 地质构 造影响等方面考虑, 根据现场具体情况, 采用方案 1 对巷道进行大修, 刷扩成较大的巷道断面, 并采用高 强锚杆加固, 能保证巷道长期稳定。但方案 1要求 顶板比较稳定,
12、撤架、 扩修时不出现大的片帮、 冒顶。 方案 2与方案 3只进行扩帮修复, 顶板及顶梁基本 保持不动, 属于简单维修和临时维修。 2个方案均 依靠锚杆加固巷道两帮, 但方案 2将旧棚腿撤掉, 旧 顶梁用锚杆或锚索固定在顶板上; 方案 3将旧棚腿 扶直, 棚腿与巷帮间留 200 300 mm 让压空间, 使 棚腿免受侧压。从支护效果看, 方案 2可完全避免 棚腿内移的可能性, 但方案 2要求顶板比较稳定, 能 够安装锚杆或锚索固定顶梁; 方案 3施工工艺较简 单, 但由于旧棚腿变形较严重, 承载能力较低。方案 4与方案 3类似, 但采用新的拱形支架。从支护效 果来看, 方案 4优于方案 3, 施
13、工工艺也较简单。 经方案比较, 结合架空人车上山用途与使用年 限, 方案 1的稳定性最好, 建议无特殊情况时采用方 !50! 2010年第 8期 ? ? ? ? ? ? ? ?中州煤炭? ? ? ? ? ? ? ?总第 176期 案 1; 若因围岩破碎, 完全取消现有的拱形支架进行 锚网支护在施工上存在困难时, 则可采用方案 2或 方案 3 ; 若现有支架变形严重, 则采取方案 4 。 4? 底板加固方案 4?1? 方案选择 底板加固采用锚网加固为主, 根据现场条件选 择以下 4个方案 (图 4)。其中方案 3注浆厚度为 0?2m, 方案 4注浆厚度为 0?4m。 图 4? 底板加固方案 方案
14、 1 : 仅用锚网加固。按设计要求扩大整个 断面, 撤掉整个支架, 铺网、 安装锚杆、 锚索, 实施锚 网反底拱, 然后喷浆封闭。最后选择合适时机进行 二次注浆。 方案 2 : 锚网 + U 钢底梁。按设计要求扩帮、 卧 底、 蹬腿, 将支架顶梁由锚杆或锚索固定在顶板上, 撤棚腿; 铺网、 打眼安装锚杆并上紧螺母, 实施锚网 反底拱, 然后喷浆封闭。最后选择合适时机进行二 次注浆加固。 方案 3 : 锚网 + 钢筋格栅混凝土浇筑。按设计 要求扩帮、 卧底、 蹬腿, 将支架两腿扶直; 铺网、 打眼 安装锚杆并上紧螺母, 实施铺网反底拱, 然后喷浆封 闭。最后选择合适时机进行二次注浆加固。 方案
15、4 : 锚网 + 钢筋格栅混凝土浇筑。按设计要 求扩帮、 卧底, 架设新的支架、 撤掉旧的支架; 铺网、 打 眼安装锚杆并上紧螺母, 实施铺网反底拱, 然后喷浆 封闭。最后选择合适时机进行二次注浆加固。 4?2? 设计参数 ( 1)反底拱。可以先打眼安装锚杆 (但不安装 托盘, 用布将螺纹段包好 ), 然后安装钢筋格栅并连 接牢固, 进行初次混凝土浇灌 (浇灌厚度 200 mm ), 待混凝土凝固后安装托盘、 上紧螺母。然后进行二 次浇灌, 至设计厚度; 或者, 先安装钢筋格栅并联接 牢固, 进行初次混凝土浇灌 (浇灌厚度 200 mm ), 待 混凝土凝固后, 打眼安装锚杆、 托盘并上紧螺母
16、。然 后进行二次浇灌, 至设计厚度。支护形式为锚杆支 护 + 钢筋格栅混凝土浇灌, 或锚杆支护 + U型钢底 梁。其支护参数: 16 mm 圆钢或玻璃钢锚杆, 长 1?6 m, 孔深 1?5 m, 外露 0?1 m, 钢筋格栅, 由 14 mm钢筋编制而成; 外形长度根据巷道宽度确定 (等 于巷宽或巷宽的一半 ), 宽高分别为 0?8 m (巷道轴 向方向 )和 0?2m 或 0?4 m (高度方向, 即混凝土浇 灌厚度 )。网格尺寸为 400 mm (巷道宽度方向 ) ) 400 mm(巷道轴向方向 )。 ( 2)顶帮锚杆 (锚索 )。顶帮锚杆 (锚索 ) 支护 形式为高强锚杆 + 锚索 +
17、 金属网 + 高强大托盘 + 喷 层。支护参数: 采用 200 mm ) 200 mm 高强度 螺纹钢锚杆, 1 2卷树脂锚固剂锚固; 锚杆间排距 为 800 mm ) 800 mm; % 采用带阻尼的高强度螺母 和高强度大托盘 ( 150 mm ) 150 mm ) 8 mm ); 菱形金属网; (喷层厚度 100mm。 4?3? 技术要点和要求 ( 1)采用主动加固措施代替被动承载支架, 特 别是避免承载能力最低的两腿受力, 是 4个方案的 共同出发点。 ( 2)锚杆支护关键是提高锚杆预紧力, 每根锚 杆扭矩应在 150 200 Nm (预紧力 20 30 kN)。 ( 3)方案 3 、
18、4的架后预留让压空间分别不小于 200 , 300 mm, 但肩窝以上包括拱顶必须填充密实, 建议采用袋装碎煤矸充填。 ( 4)锚杆的锚固力应在 100 150 kN。 ( 5)钢筋格栅要每格一联, 并联结牢固。 ( 6)反底拱深度设计为 0?3 0?9 m, 其中回填 厚度为 0?3 0?5m, 钢筋格栅浇灌混凝土厚 0 , 0?2 , 0?4 m; 或采用 U钢底梁。 ( 7)当需要破顶扩修而顶板比较破碎时, 可以 考虑先锚注加固, 然后扩修 3。 5? 结语 在千秋矿架空人车下山套修加固施工过程中, 4 个方案均有采用, 大部分巷道采用方案 1 , 特殊情况 下采用其他 3个方案, 取得
19、了理想的支护效果, 使巷 道在接替周期长、 动压影响条件下保持稳定性良好, 确保了安全生产, 满足了生产实际需要, 对受动压影 响较大巷道今后的支护、 套修提供了有益的借鉴。 (下转第 56页 ) !51! 2010年第 8期 ? ? ? ? ? 马长顺:千秋矿架空人车下山加固支护技术 ? ? ? ? ? 总第 176期 CK2850 , 锚固药卷使用量不得少于 4卷, 锚索长度 为 8 m, 同时要求锚索打入稳定围岩内不少于 2 m。 托盘规格 400 mm ) 400 mm, 托盘厚度不小于 10 mm, 托盘外露不得超过 50 mm, 锚索锚固力不低于 200 kN, 锚索预紧力不得小于
20、 120 N /m(图 1)。 图 1? 切眼锚索局部布置示意 3? 切眼二次成巷施工顺序及方法 切眼由运输巷开门向回风巷方向施工, 由于切 眼断面宽、 跨度大, 一次成巷空顶面积大, 煤层顶板 难以及时维护, 故切眼施工采用了二次成巷技术。 第 1次施工断面为 2?6 m ) 2?8 m (梁长 )柱 长 ), 工字钢长梁梯形断面。规格: 上净宽 2?4 m, 下 净宽 3?8 m, 净高 2?5m, 基础 0?2m, 净断面积 7?75 m 2, 掘进断面 9?24 m2 (图 2)。 图 2? 第 1次施工巷道断面示意 第 2次施工断面为 2?8 m ) 2?8 m (梁长 )柱 长 )
21、。第 2节 2?8 m 工字钢长梁与第 1节 2?6 m工 字钢长梁铰接支护, 向一侧扩帮, 刷大形成设计如图 3所示的巷道断面。 4? 实施情况及效果评价 ( 1)实施情况。 该工艺在安阳鑫龙煤业公司第 图 3? 第 2次施工巷道断面示意 1次采用, 施工前期严把设计关, 施工期间严格按设 计施工, 取得了安全、 高效、 快速的施工效果, 保证了 正常生产接替, 满足了鑫龙公司首个综采放顶煤工 作面设备安装要求。 ( 2)效果评价。 铰接式工字钢长梁大断面切 眼支护技术较过去传统的联锁迈步式长钢梁支护, 新工艺架棚整体性更强, 既缩短了掘进支护空顶时 间, 又增加了巷道支护强度, 有效地解决
22、了煤层顶板 大断面巷道施工时顶板控制困难的难题, 保证了综 采放顶煤工作面设备安装工作的顺利进行; % 2节 铰接式工字钢长梁大断面切眼二次成巷施工技术较 1根长梁一次成巷施工, 循环施工断面小, 控顶时间 短, 既有利于切眼安全施工, 又便于综采液压支架安 装后工字钢长梁安全回撤; & 使用菱形金属网护顶, 钢丝绳纵向布置于工字钢长梁上, 顶板采用钢绞线 锚索加强支护, 满足了综采液压支架安装后回撤工 字钢长梁时顶板不同时冒落的要求, 创造了更加安 全、 可靠的安装环境。 5? 结语 红岭矿 15041工作面首次采用铰接式工字钢长 梁大断面切眼二次成巷施工工艺取得成功, 为鑫龙 煤业公司今后
23、综采放顶煤工作面大断面切眼施工积 累了经验, 并在鑫龙煤业公司主焦矿综采放顶煤切 眼施工中得到推广应用, 可为类似条件下大断面切 眼施工提供参考和借鉴。 (责任编辑: 秦爱新 ) (上接第 51页 ) ? 参考文献: 1 ? 陈炎光,徐永圻. 中国采煤方法 M . 徐州: 中国矿业大学出版 社, 1991 . 2 ? 张荣立, 何国纬, 李铎. 采矿工程设计手册 M . 北京: 煤炭工 业出版社, 2006 . 3 ? 侯朝炯, 郭励生, 勾攀峰, 等. 煤巷锚杆支护 M . 徐州: 中国矿 业大学出版社, 1999 . (责任编辑: 秦爱新 ) !56! 2010年第 8期 ? ? ? ? ? ? ? ?中州煤炭? ? ? ? ? ? ? ?总第 176期