米川
摘? ? 要:井巷斷面和支護(hù)設(shè)計(jì)是井巷工程施工的關(guān)鍵,合理確定支護(hù)形式和選擇支護(hù)參數(shù)不僅關(guān)系到巷道的使用安全,還影響巷道的施工成本。以遼源礦業(yè)金寶屯煤礦為例,對(duì)差異化支護(hù)設(shè)計(jì)在巷道施工中的應(yīng)用及效益進(jìn)行了研究。根據(jù)金寶屯煤礦上分煤層南翼運(yùn)輸大巷服務(wù)用途及泥巖頂板的具體特征,在巷道斷面差異化和支護(hù)參數(shù)差異化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行研究。結(jié)果表明,差異化設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用效果理想,在保證安全的前提下有效地降低了支護(hù)成本,具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:差異化設(shè)計(jì);井巷工程;支護(hù)設(shè)計(jì);經(jīng)濟(jì)效益
1? 引言
差異化設(shè)計(jì)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的各個(gè)行業(yè)都有廣泛應(yīng)用,但在井巷工程中,雖然國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)巷道差異化設(shè)計(jì)多有研究,但差異化設(shè)計(jì)尚未成為一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)和系統(tǒng)的課題。本文根據(jù)金寶屯煤礦上分煤層南翼運(yùn)輸大巷服務(wù)用途和泥巖頂板的具體特征,在巷道斷面差異化和支護(hù)參數(shù)差異化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行研究和實(shí)踐,論證了差異化設(shè)計(jì)在井巷工程的廣泛應(yīng)用。
2? 概述
金寶屯煤礦礦井地層產(chǎn)狀比較平緩,以平緩的背向斜構(gòu)造為主,局部有較大的波狀起伏。煤層基本形態(tài)以原始沉積形態(tài)為主,后期斷層較少,斷距大部分50m以下,斷層對(duì)煤層影響較小。煤層賦存深度-520m~770m之間,區(qū)內(nèi)僅有一個(gè)復(fù)煤層,平均厚9.71m。這一復(fù)煤層分上、中、下三個(gè)分煤層,只有上分煤層是可采煤層,大部分地區(qū)可采,煤層厚度0.35m~5.78m,平均厚3.10m。巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)方式,使用EB2160型掘進(jìn)機(jī)破、裝煤(巖),經(jīng)D80/40/2×75型膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至南翼上分煤層運(yùn)輸大巷主皮帶進(jìn)入南翼上分煤層煤倉(cāng)。
3? 差異化設(shè)計(jì)
以金寶屯礦上分南翼煤層運(yùn)輸大巷、南翼106切眼和南翼101切眼為例,分別說(shuō)明巷道斷面和支護(hù)參數(shù)差異化設(shè)計(jì)。
3.1? 原巷道斷面及支護(hù)參數(shù)
3.1.1? 斷面情況
巷道斷面、南翼上分煤層運(yùn)輸大巷沿煤層施工,斷面形狀為三心拱形,凈寬4.0m,凈高3.4m(其中,墻高2.3m,拱高1.1m),采用錨網(wǎng)噴支護(hù),噴混凝土厚度100m。
3.1.2? 支護(hù)參數(shù)
南翼106區(qū)切眼斷面為矩形,規(guī)格尺寸(凈寬×凈高)為5.5m×2.5m,S凈=13.75m2,S荒=14.82m2。巷道頂板支護(hù)采用錨網(wǎng)索、BHW2303.0W型鋼帶、錨索梁聯(lián)合支護(hù)。錨桿選型和間排距通過(guò)懸吊理論公式計(jì)算得到。錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿,錨桿直徑20mm,長(zhǎng)度2000mm,配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑,錨桿間排距為800mm×900mm。每2.7m配用1條W型鋼帶,鋼帶規(guī)格為3500mm×230mm×3mm;每2.7m施工1組錨索梁,錨索梁由11#工字鋼加工而成,長(zhǎng)度3m;每組錨索梁配用2條錨索,錨索為Φ15.24mm×600mm低松弛預(yù)應(yīng)力旋鋼絞線,錨索間距2400mm,排距2.7m;錨網(wǎng)采用8#冷拔鋼絲編織的經(jīng)緯網(wǎng),錨網(wǎng)搭接100mm。巷道兩幫采用錨網(wǎng)支護(hù),錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿,錨桿直徑Φ20mm,長(zhǎng)度2000mm,配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑,錨桿間排距為800mm×900mm,錨網(wǎng)采用8#冷拔鋼絲編織的經(jīng)緯網(wǎng),錨網(wǎng)搭接100mm。
3.2? 差異化設(shè)計(jì)
3.2.1? 巷道斷面
南翼上分煤層運(yùn)輸大巷全長(zhǎng)約1650m,服務(wù)于整個(gè)南翼上分煤層,擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng),行人、煤炭和輔助運(yùn)輸?shù)热蝿?wù),設(shè)計(jì)服務(wù)年限為20.2a。根據(jù)礦井生產(chǎn)接續(xù),將前進(jìn)式開(kāi)采改為前進(jìn)與后退相結(jié)合的開(kāi)采方式,縮短運(yùn)輸大巷末端的服務(wù)年限。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)整,靠近井田邊界的200m大巷為南翼201區(qū)工作面、南翼203工作面的順槽及切眼掘進(jìn)服務(wù),不擔(dān)負(fù)工作面設(shè)備運(yùn)輸和生產(chǎn)期間的煤炭運(yùn)輸任務(wù),服務(wù)年限僅為4a。根據(jù)其用途和服務(wù)年限,對(duì)巷道斷面及支護(hù)進(jìn)行差異化設(shè)計(jì),縮小巷道斷面,改變支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù),以減少資金投入。南翼上分煤層運(yùn)輸大巷末端200m差異化設(shè)計(jì)后,斷面形狀仍為三心拱形,凈寬3.4m,凈高3m(其中,墻高2m,拱高1m),采用錨網(wǎng)索+W型鋼帶聯(lián)合支護(hù)。
3.2.2? 支護(hù)參數(shù)
金寶屯礦上分煤層回采巷道原有的支護(hù)形式充分考慮了泥巖頂板的不穩(wěn)定性,支護(hù)強(qiáng)度滿足使用條件,但在選用錨桿計(jì)算中,只是單純依靠懸吊理論公式計(jì)算,忽略了回采過(guò)程中巷道兩幫煤層力學(xué)性質(zhì)與頂板泥巖力學(xué)性質(zhì)不同,巷道頂板礦山壓力顯現(xiàn)明顯大于巷道兩幫的實(shí)際情況。將懸吊理論計(jì)算公式得出的頂板錨桿直徑與間排距直徑籠統(tǒng)地用于兩幫錨桿規(guī)格選取,這種做法雖然能夠滿足巷道支護(hù)強(qiáng)度,但也造成了不必要的浪費(fèi)。
根據(jù)對(duì)巷道原有支護(hù)形式的實(shí)地觀測(cè)分析,按照回采巷道的位置進(jìn)行差異化設(shè)計(jì),巷道頂板支護(hù)不變。巷道兩幫因其穩(wěn)定性比頂板略高,改用Φ16mm×1600mm的錨桿,網(wǎng)片之間采用對(duì)接方式;在靠近切眼服務(wù)年限較短的100m范圍內(nèi),靠工作面?zhèn)炔捎忙?6 mm×1600 mm的玻璃鋼錨桿,掛塑料網(wǎng)片。
進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)之后,南翼101切眼斷面形狀為矩形,規(guī)格尺寸(凈寬×凈高)為5.5m×2.5m,S凈=13.75m2,S荒=14.82m2。
巷道頂板支護(hù)采用錨網(wǎng)索、BHW230-3.0W型鋼帶、錨索梁聯(lián)合支護(hù)。錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿,錨桿直徑20mm,長(zhǎng)度2000mm,配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑,錨桿間排距為800mm×900mm,頂板錨桿預(yù)緊力不小于80kN。每2.7m配用1條W型鋼帶,鋼帶規(guī)格為3500mm×230mm×3mm;每2.7m施工1組錨索梁,錨索梁由11#工字鋼加工而成,長(zhǎng)度3m;每組錨索梁配用2條錨索,錨索為Φ15.24mm×6000mm的低松弛預(yù)應(yīng)力左旋鋼絞線,錨索間距2400mm,排距2.7m。錨網(wǎng)采用8#冷拔鋼絲編織的經(jīng)緯網(wǎng),錨網(wǎng)搭接100mm。
巷道老空側(cè)(順槽為煤柱側(cè))一幫采用錨網(wǎng)支護(hù),錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿,錨桿直徑16mm,長(zhǎng)度1600mm,配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑,錨桿間排距為1000mm×900mm,錨網(wǎng)采用塑料錨網(wǎng),錨網(wǎng)對(duì)接。巷道老空側(cè)一幫采用錨網(wǎng)支護(hù),錨桿選用玻璃鋼錨桿,錨桿直徑16mm、長(zhǎng)度1600mm,配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑,錨桿間排距為1000mm×900mm,錨網(wǎng)采用塑料錨網(wǎng),錨網(wǎng)對(duì)接。幫桿預(yù)緊力不小于49kN。
4? 應(yīng)用效果分析
對(duì)南翼101工作面實(shí)施差異化設(shè)計(jì)支護(hù)之后,通過(guò)回采期間礦壓觀測(cè),證明差異化支護(hù)在工作面回采過(guò)程中能夠保證工作面的生產(chǎn)安全。此外,差異化設(shè)計(jì)給礦井帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
4.1? 礦壓觀測(cè)
南翼101區(qū)工作面回采期間進(jìn)行了礦壓觀測(cè),在回風(fēng)順槽中共設(shè)置了5個(gè)斷面位移測(cè)站,分別布置在距離工作面10m、20m、30m、40m、50m的位置。巷道圍巖頂?shù)?、兩幫的總移近量分別為13.80mm、7.40mm,巷道圍巖變形較小,說(shuō)明設(shè)計(jì)方案有效合理,能保障巷道圍巖的穩(wěn)定性。
4.2? 經(jīng)濟(jì)效益
上分層煤層原招標(biāo)價(jià)格為8790元/m,進(jìn)行差異化支護(hù)后,招標(biāo)價(jià)格為4930元/m。進(jìn)行差異化支護(hù),不僅減少了施工工序,提高了施工效率,還為礦井節(jié)省了施工費(fèi)用200m×3860元/m=77.2萬(wàn)元。南翼106區(qū)切眼招標(biāo)價(jià)格為8000元/m,南翼101區(qū)切眼進(jìn)行差異化支護(hù)后招標(biāo)價(jià)格為5180元/m,101區(qū)切眼巷道長(zhǎng)度200m,為礦井節(jié)省工程款200m×2820元/m=56.4萬(wàn)元。
5? 結(jié)束語(yǔ)
以上僅是對(duì)某煤業(yè)差異化設(shè)計(jì)在井巷工程中的應(yīng)用進(jìn)行的簡(jiǎn)要總結(jié)。差異化設(shè)計(jì)在礦井的各個(gè)環(huán)節(jié)包括井上井下都有著較大的應(yīng)用前景。充分考慮巷道的用途、服務(wù)年限、使用性質(zhì),按照巷道具體功用確定科學(xué)、合理的斷面規(guī)格、支護(hù)形式,合理地調(diào)整支護(hù)參數(shù),對(duì)巷道分類(lèi)別、分區(qū)段地進(jìn)行差異化支護(hù),可以在保證支護(hù)安全的情況下大大降低支護(hù)成本投入,為礦井生產(chǎn)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益,在多數(shù)礦井具有推廣價(jià)值。
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