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        沿空留巷技術在安強煤礦的實踐應用

        2019-04-09 11:26:24陳君龍
        山東煤炭科技 2019年3期
        關鍵詞:錨桿支架模型

        陳君龍

        (百礦集團有限公司,廣西 百色 533000)

        1 工作面概況

        安強煤礦2202采煤工作面位于井田中部二號煤二采區(qū),北臨2203采煤工作面,南臨2201工作面,見圖1。

        圖1 二號煤二采區(qū)工作面沿空留巷工作面平面布置圖

        2 支護設計

        2.1 一次支護

        充填巷道為矩形巷道,采用兩錨索、10根錨桿800mm×800mm。支護斷面尺寸和規(guī)格如圖2所示。

        錨桿:頂錨桿采用Ф20× 2400mm左螺旋金屬錨桿,幫錨桿采用Ф18× 2400mm玻璃鋼錨桿,間排距800×800mm,每孔使用3根K2335樹脂錨固劑,使用100×100×10mm金屬托板。

        錨索:采用Ф15.24×8000mm鋼絞線,間排距2400×1600mm,每孔使用6根K2335樹脂錨固劑。

        錨網:采用2000×1000mm金屬鋼板網,網格100×100mm。

        頂板錨桿采用凸型鋼帶進行連接加強支護,幫錨桿采用木托盤進行加固。

        圖2 巷道斷面一次支護設計

        2.2 二次支護

        二次支護加強在充填側留出200mm的距離,進行單體液壓支柱配工字鋼梁加強支護,排距600mm。巷道中間支設單體液壓支柱點柱,排距為1200mm。為了防止充填體片幫傷人,須對充填體外加鋼絲網,如圖3所示。

        圖3 巷道斷面二次支護設計

        3 巷旁充填參數的設計與選取

        3.1 巷旁支護強度

        取切頂分層的分層厚度h=0.8m,切頂的總高度7.23m,n=9,α=45°,Ln=5m,ρ=2500kg/m3,R1=5MPa,a=3.5m,代入P=(M1+M2+M3)/a=1.7MN/m。

        3.2 巷旁充填體尺寸的確定

        巷旁充填體尺寸是指每次充填的長度、寬度、高度。

        (1)充填工藝一般每班充填一次(袋),3班作業(yè),工作面每班推進1.8m,每次充填長度為1.8m。

        (2)根據以上計算,綜合安全生產及施工方便,取充填體寬度為1.0m。要求充填體強度1h達到0.5MPa,6 h達到2.0MPa以上。

        (3)充填高度:理論充填高度就是采高。

        3.3 充填量的計算

        (1)充填漿液的濃度按高水材料漿體體積濃度Cv=13%配比。

        (2)一次充填量:每次充填長1.8m,寬1.0m,高等于采高,則一次充填體積V1=1.8×1×1.2=2.16m3。若按高水材料漿體體積濃度Cv=13%的配比計算,則每次用的高水材料量為:Wm=V1·Cv·ρs=2.16×0.13×9=0.84t,即甲、乙料分別消耗0.42t。

        (3)每次用水量Vo=V1·(1-Cv)·ρh=2.16×(1-0.13)×l=1.88 t。

        3.4 巷旁泵充填系統設計

        注漿泵采用2ZBSB型機械雙液注漿泵,JB1000型電動攪拌機。沿巷道分別向工作面鋪設兩路Ф50mm的無縫鋼管,各向里輸送兩種混合物,在離注漿點30m的位置加工相應變頭,兩根輸料管連接Ф51mm的高壓膠管,然后連接混合器,混合器出口再連接一根30m左右Ф51mm的軟管作為噴漿輸出管。安裝時,要求每隔300m安裝一個三通和球閥,以便管路疏通。

        4 沿空留巷支架的選擇

        設計方案由以下支架組成:模型支架,ZZC5200/10/17,1架;過渡支架,ZZG5200/09/18,2架;拖后支架,ZY2600/10/18,1架;中部支架,ZY2600/08/18,數量根據工作面布置情況而定。

        4.1 模型支架

        巷旁充填模型支架是為巷道充填設計的特殊設備。模型支架的功能和主要參數如下:

        (1)模型支架位于工作面機尾支架的后部,在墻體凝固成型后,要跟隨掩護機尾的支架自行推進,形成新的充填空間。模型支架只需要擋住前、左、右3面,后面利用已經成形的墻體。

        (2)考慮到模型支架比較滯后,而且在墻體凝固前要承受頂板來壓,因此沒計的模型支架要有一定的支護能力,設計工作阻力為5200kN。

        (3)考慮到填充墻體的凝固時間,設計的模型支架為三步一拉,即過渡支架前移3個步距后,模型支架前移一次,過渡支架的推移步距為600mm,模型支架的推移步距為1800mm。綜合考慮,模型支架底座長度設計為2300mm左右,填充墻體寬度約1500mm。

        (4)模型支架設置有擋板機構,綜合考慮最低、最高高度,確定模型支架高度為1000~1700mm。

        4.2 過渡支架

        根據薄煤層沿空留巷綜采工作面的配套要求、模型支架的移架、寬度要求,設計適合此工作面生產需要的過渡支架,過渡支架的功能和主要參數如下:

        (1)過渡支架放置于工作面兩側,每側兩架,是為滿足模型支架的移架要求及各支架配套尺寸而設計的。

        (2)工作阻力為5200kN,支架高度為900~1800mm,支架中心距為1500mm。

        (3)過渡支架形式采用整體頂梁后部加伸縮梁形式。

        (4)過渡支架中部采用連桿結構,提高支架的穩(wěn)定性。

        (5)過渡支架前部與刮板機連接件與中部架一致,以便更換。

        4.3 拖后支架

        模型支架滯后中部支架支護的距離較長,需要其他支架輔助支撐頂板來壓。另外,采空區(qū)冒落的矸石會阻止模型支架的正常工作。拖后支架的功能和主要參數如下:

        (1)拖后支架放置于模型支架內側,每個工作面兩架。

        (2)拖后支架設計工作阻力為2600kN,由于受兩側護板限制,支架高度為1000~1800mm,支架頂梁寬度為1470mm。

        (3)拖后支架通過拉移千斤頂與前置的中部支架相連,采用三步一拉,固定座焊接在前部中間支架后部,固定座與拉移千斤頂連接。

        (4)拖后支架在前置中部支架處操作,以保證人員安全作業(yè)。

        4.4 中部支架

        中部支架采用ZY2600/08/18液壓支架,具體數量由工作面長度、工作面配套后確定。

        5 工作面采煤及填充過程

        沿空留巷采煤工作面布置如圖4所示,A架及右側為中間架,A架后側為B架—拖后支架,左側為C架—過渡支架,過渡支架后側為D架—模型支架,中部槽在支架下方,采煤機置于中部槽上部。

        圖4 沿空留巷采煤工作面布置圖

        工作面采煤及填充過程如下:

        (1)先對D架進行注漿,等待凝固,在等待墻體凝固的過程中,工作面其他設備正常生產。

        (2)采煤機從巷道側到工作面方向行進割煤。割煤時,C、A架推移千斤頂應處于伸出狀態(tài)(伸出一個步距600mm)。

        (3)采煤機整個走過A架后,C、A架下降200mm左右,A架抬底千斤頂伸出,將A架前部抬起。

        (4)A、C架推移千斤頂收回將A、C架前移一個步距,A、C架后部的拉移千斤頂伸出600mm。

        (5)C架后部伸縮千斤頂伸出,伸縮梁伸出600mm。

        (6)A架抬底千斤頂收回,A、C架升起至工作高度(原高度)。

        (7)A、C架推移千斤頂伸出一個步距(600mm)將中部槽前移一個步距。

        (8)重復步驟(2)、(3)、(4)。

        (9)D架前部伸縮千斤頂伸出,伸縮梁伸出600mm。

        (10)重復步驟(7)、(2)、(3)、(4),此時A、C架后部的拉移千斤頂在原基礎上再伸出600mm,共伸出3個600mm,即1800mm。

        (11)C架后部伸縮梁和D架前部伸縮梁收回。

        (12)D架下降200mm左右,D架拉移千斤頂收回1800mm,D架前移1800mm。

        (13)D架升起至工作高度(原高度)。

        (14)B架下降200mm左右,B架拉移千斤頂收回1800mm,B架前移1800mm。

        (15)B架升起至工作高度(原高度)。

        6 沿空留巷效果分析

        對留巷期間及復用期間的圍巖變形情況進行了觀測,對數據進行處理得到圖5所示沿空留巷(a)及復用期間(b)圍巖變形曲線。圖5數據顯示巷道的頂底板及兩幫最大移近量分別為145mm和79mm,巷道圍巖變形量較小,斷面收縮率不足9%。

        圖5 沿空留巷(a)及復用期間(b)圍巖變形曲線

        復用期間該巷道兩幫最大移近量為213mm,頂底板最大移近量為109mm,圍巖變形比較平緩,完全能夠滿足使用的要求。

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