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        主要進(jìn)風(fēng)巷快速施工組織及工藝優(yōu)化

        2019-09-28 07:57:16肖金杰
        山東煤炭科技 2019年9期
        關(guān)鍵詞:錨桿水平施工

        肖金杰 李 帥

        (山東東山古城煤礦有限公司,山東 兗州 272100)

        1 概況

        古城煤礦由于礦井采場(chǎng)轉(zhuǎn)入三水平開采,水平大巷深達(dá)-1030m,通風(fēng)線路增長(zhǎng),通風(fēng)阻力急劇升高,現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足安全生產(chǎn)要求。而古城煤礦礦井資源開采已達(dá)到后期階段,再施工一處風(fēng)井成本過(guò)高、時(shí)間太久。經(jīng)一體化論證決定,自-505m水平穿層施工一全巖巷道至-1030m水平,巷道全長(zhǎng)3103m,統(tǒng)一凈斷面22.4m2,巷道采用錨網(wǎng)(索)噴支護(hù),設(shè)計(jì)坡度為 -12°下山。巷道服務(wù)年限直至礦井生產(chǎn)結(jié)束。

        表1 巷道斷面尺寸表

        2 主進(jìn)風(fēng)巷快速施工方法

        2.1 分段同時(shí)施工組織方式

        安排四支掘進(jìn)隊(duì)伍分四段進(jìn)行施工,分別為主進(jìn)風(fēng)巷-505m水平、-850m水平(上)、 -850m水平(下)、-1030m水平。

        2.2 設(shè)備及工藝優(yōu)化

        由于主進(jìn)風(fēng)巷上段布置在煤層頂板巖石中,下段布置在底板巖石中,巖石較硬,經(jīng)研究決定打破傳統(tǒng)單一的人工風(fēng)鉆打眼放炮模式,在技術(shù)設(shè)備、施工工藝上作出以下改進(jìn)與優(yōu)化:(1)在-505m水平下山掘進(jìn),使用鑿巖臺(tái)車施工炮眼,挖掘式裝載機(jī)配合110kW皮帶輸送機(jī)耙運(yùn)矸石;(2)-850m水平上山掘進(jìn)使用鑿巖臺(tái)車施工炮眼,側(cè)卸式裝載機(jī)配合90kW皮帶輸送機(jī)裝運(yùn)矸石;(3)-850m以下段下山施工巷道采用人工風(fēng)鉆施工炮眼,配合P60B耙裝機(jī)、90kW皮帶機(jī)裝運(yùn)煤矸;(4)-1030m水平使用梭車配合皮帶進(jìn)行排運(yùn)煤矸,使排矸由原先的絞車提升間斷性排矸變成了連續(xù)性排矸,形成四種不同的施工工藝,保證每天的施工進(jìn)度在6m以上。

        2.3 主要施工工藝

        主進(jìn)風(fēng)巷(-505m水平及-850m水平反打)采用光面爆破法施工,巷道采用全斷面分區(qū)分次起爆,人員蹬碴作業(yè)施工。首先蹬碴打好頂部炮眼,然后使用挖掘式裝載機(jī)倒迎頭,將迎頭清出空間后再打底部炮眼;爆破時(shí)先裝藥爆破底部,然后蹬碴裝藥爆破頂部,依次循環(huán)作業(yè)。爆破后頂部支護(hù)緊跟迎頭,循環(huán)進(jìn)尺1.6m(兩網(wǎng)),遇煤巖、斷層或頂板破碎時(shí),循環(huán)進(jìn)尺0.8m。施工期間,拱部錨桿支護(hù)緊跟迎頭,兩幫錨桿距迎頭最大距離不超過(guò)15m。

        上部(施工至墻高線以下0.3m)施工流程:

        下部起底施工流程:

        打眼→爆破→耙碴→噴漿→支護(hù)→打眼→爆破→耙碴→噴漿→支護(hù)。

        2.4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程

        (1)古城煤礦為沖擊地壓礦井,由于巷道穿層施工,于巷道中部及-850m水平有一段數(shù)米長(zhǎng)的全煤段巷道,針對(duì)深部礦井存在沖擊地壓傾向性,全煤段巷道變形快,決定在全煤段施工卸壓孔并對(duì)煤體進(jìn)行注漿加固。

        (2)-1030m水平上段與三水平皮帶下山需要進(jìn)行貫通施工,為保證不影響主皮帶提升,對(duì)皮帶進(jìn)行懸吊加固并保護(hù),并對(duì)皮帶巷上下10m范圍進(jìn)行加固噴漿。

        3 主進(jìn)風(fēng)巷的支護(hù)工藝

        由于一條巷道自上而下安排四支隊(duì)伍施工,條件不一,支護(hù)工藝也隨之變化,巷道采用“差異化支護(hù)的原則”,按懸吊理論計(jì)算錨桿、錨索參數(shù)。主進(jìn)風(fēng)巷-505m水平采用錨網(wǎng)噴支護(hù),其他三個(gè)區(qū)段在-505m水平巷道的基礎(chǔ)上,加密錨索,采用錨網(wǎng)索噴的支護(hù)形式進(jìn)行永久支護(hù)。隨著深度不同,錨索長(zhǎng)度、間排距也隨之改變[2]。

        3.1 臨時(shí)支護(hù)

        硬巖掘進(jìn)時(shí),爆破后首先摘除迎頭危巖懸矸,采用初噴作為臨時(shí)支護(hù),軟巖或巖石破碎時(shí)采用前探梁作為臨時(shí)支護(hù),將頂網(wǎng)敷上,與永久支護(hù)網(wǎng)相聯(lián),將吊環(huán)掛在永久支護(hù)錨桿的適當(dāng)位置,將前探梁插入吊環(huán)前移前探梁,在前探支護(hù)的掩護(hù)下進(jìn)行永久支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)如圖1所示。

        3.2 永久支護(hù)

        永久支護(hù)在支護(hù)形式上略有不同。-505m水平采用錨網(wǎng)噴支護(hù),拱部錨桿必須支護(hù)到迎頭,其他3個(gè)區(qū)段的工作面均采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)形式。為了更好發(fā)揮錨桿與錨索對(duì)設(shè)備部巷道支護(hù)的效應(yīng),根據(jù)巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原則,提出如下設(shè)計(jì)原則:(1)一次性支護(hù)原則;(2)高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則;(3)“三高一低”原則;(4)臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則;(5)相互匹配原則;(6)可操作性原則;(7)安全經(jīng)濟(jì)原則[3]。

        圖1 臨時(shí)支護(hù)平、剖面圖

        (1)鋼筋網(wǎng)支護(hù)。采用Φ6mm盤圓編織的網(wǎng)孔80×80mm的鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)搭接量不小于160mm,扣間距不大于160mm,采用14#鍍鋅鐵絲雙股雙排扣菱形綁扎。

        (2)錨桿支護(hù)。主進(jìn)風(fēng)巷(-505m水平)在巷道全斷面布置15根Ф22×2500mm的高強(qiáng)樹脂錨桿,間排距900×900mm,底腳錨桿距底板不超過(guò)100mm。錨桿托盤規(guī)格為:長(zhǎng)×寬×厚=200×200×10mm。主進(jìn)風(fēng)巷其余各區(qū)段工作面在巷道全斷面布置17根Ф22×2500mm的等強(qiáng)樹脂錨桿,間排距均為800×800mm[4]。

        (3)錨索支護(hù)。由于-505m水平采用支護(hù)形式為錨網(wǎng)噴支護(hù),不需使用錨索加強(qiáng)支護(hù)。其余三個(gè)區(qū)段掘進(jìn)頭均使用“錨網(wǎng)索噴”支護(hù)形式,錨索間排距均為800×800mm,錨索的布置方式為:錨索與錨桿間隔布置,每根錨索在錨索球與鐵盤之間加使1個(gè)讓壓圈[6],錨索外露鋼絞線采用10#鐵絲呈“十字花”綁扎于鋼筋網(wǎng)上并散開向上彎折,錨索外露長(zhǎng)度150~250mm。其余工作面采用長(zhǎng)7000mm錨索,錨索間排距、布置方式及數(shù)量根據(jù)深部礦壓影響略有不同。錨索綁扎示意圖如圖2所示。主進(jìn)風(fēng)巷(-1030m水平)巷道斷面支護(hù)圖如圖3所示。

        圖2 錨索球防沖捆扎示意圖

        (4)噴漿支護(hù)。主進(jìn)風(fēng)巷位于二疊系山西組3層煤及3煤頂?shù)装灏鍘r石中,巷道圍巖的巖性比較好,地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,根據(jù)三維地震勘探資料,預(yù)計(jì)各工作面在掘進(jìn)過(guò)程中基本無(wú)構(gòu)造。巷道采用中深孔光面爆破,對(duì)巷道成型比較有利,所以光爆后首先初噴找成型,然后掛網(wǎng)打錨桿,讓錨桿和鋼筋網(wǎng)來(lái)承受圍巖應(yīng)力,讓圍巖應(yīng)力得到充分釋放。掘進(jìn)工作面推離一定距離后進(jìn)行復(fù)噴,這樣能夠減小爆破對(duì)噴漿層的損傷,有利于錨網(wǎng)、噴漿質(zhì)量的提高,有利于巷道成型。最近的現(xiàn)場(chǎng)觀察證明,改進(jìn)后的措施是安全有效的,巷道變型有效減小。噴射混凝土噴砼標(biāo)號(hào)為C20,初噴厚度50mm至100mm,復(fù)噴以覆蓋金屬網(wǎng)為宜。

        圖3 主進(jìn)風(fēng)巷(-1030水平)巷道斷面支護(hù)圖

        4 效果

        主進(jìn)風(fēng)巷集猴車運(yùn)輸、排水系統(tǒng)和供電系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)。工程完工后,礦井總進(jìn)風(fēng)量由8400m3/min增至10200m3/min,改善井下工作環(huán)境;礦井負(fù)壓由5000Pa降至4102.5Pa,減小井下漏風(fēng)量、風(fēng)門維護(hù)量,降低煤層發(fā)火隱患。人員運(yùn)輸時(shí)間由55min降至30min,縮減井下工作時(shí)間,提高工作效率。

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