段樂樂 薛子祺 謝軍峰
摘 要:為克服“三軟”煤層煤體膠結度低、易粉碎,煤巷壓力大、來壓快的不利條件,通過研究與實施煤巷掘進超前注水工藝,成功地實現(xiàn)了安全、高效掘進煤巷的目的。在開采“三軟”煤層特殊巷道布置條件下,針對“三軟”煤層交岔點和大跨度巖巷交岔點礦壓大、支護難的問題,分別提出“U36鋼棚+穿梁”、“錨網噴+異形U36鋼棚+錨索梁+壁后注漿”聯(lián)合支護的方式來給予解決,最終達到安全、穩(wěn)定的支護效果。
關鍵詞:“三軟”煤層 超前注水工藝 交岔點 聯(lián)合支護
中圖分類號:TD353 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2013)009-038-02
1 概況
“三軟”煤層,是指煤層軟、頂板軟和底板也軟的煤層。煤巷掘進過程中,易發(fā)生冒頂,同時也會造成支護設備剛度降低,導致頂板的過度下沉、巷幫的極度變形,給煤巷的掘進帶來很大的難度。如何在“三軟”煤層中安全掘進,是一個比較棘手的問題。通過研究并實施超前注水工藝,并對煤巷超前注水,有效的解決了“三軟”煤層煤巷掘進難的問題,此工藝開創(chuàng)了“三軟”煤層安全掘進的先河。在“多上設備、少上人”理念的帶領下,大型設備需求越來越多,這就促使增加井煤巷和巖巷交岔點斷面寬度和高度,通過對“三軟”煤層交岔點支護進行研究,提出煤巷交岔點“U36鋼棚+穿梁”法、巖巷交岔點“錨網噴+異形U36鋼棚+錨索梁+壁后注漿”聯(lián)合支護法,從而優(yōu)化了巷道支護,最終達到了大斷面巷道合理安全支護的目的。
2 注水工藝研究
偃龍礦區(qū)煤層平均厚度為4.42m,煤層較穩(wěn)定,煤層走向近東西,傾向北;煤層為緩傾斜煤層,傾角為15???0?平均傾角17啊C翰閌芑乖煊跋歟櫓杷??儿o停帳嫌捕認凳∮?.3,回采時煤層易冒落、片幫。通過研究,對煤巷順槽煤層實施了超前煤層注水的工藝。
2.1 注水后支護設備變形觀測
歷經一個月,通過觀測數(shù)據(jù)可以得出,注水U型鋼棚相對于普通U型鋼棚,總體支護效果有所提高。具體體現(xiàn)在在相同時間、相同圍壓下,注水U型鋼棚的總寬比普通U型鋼棚總寬變形量小,比普通U型鋼棚總寬寬450mm(平均),注水U型鋼棚的觀測點高度比普通U型鋼棚高度變形量小,比普通U型鋼棚總高高310mm(平均)。注水段在觀測期間返修1次,普通U型鋼棚在觀測期間返修2~3次,注水后煤巷總體上至少可節(jié)省1次返修量。
2.2 經濟效益分析
煤巷順槽注水段相比未注水段可減少1次巷道返修量。按照維修單價為3300元/m,假設每段順槽按200m計算,在巷道少返修一遍的情況下,那么1個月可節(jié)約維修費用:
3300元/m?00m=660000元=66萬元。
全礦煤巷掘進同時按4條巷道計算,每月全礦可節(jié)省:66萬元?=264萬元。
3 “三軟”煤層特殊煤巷交岔點支護研究
3.1 “三軟”煤層煤巷交岔點支護參數(shù)
“三軟”煤層煤巷交岔點支護設備采用U36型鋼棚支架,支架上部為半圓拱,下部為梯形,半圓拱半徑為2100m。巷道設計凈寬(拱基線處)4200mm,下寬4400mm,凈高3000mm,柱窩深200mm,內扎角85埃锏讕歡廈?0.8m2;掘進寬度(拱基線處)4600mm,掘進高度3400mm,掘進斷面積12.3m2。
3.2 施工工藝流程
(1)架設4200mmU36型鋼支架(1~2號棚),U型鋼對棚,棚距200mm。
(2)架設4200mmU36型鋼支架(3~5號棚),U型鋼單棚,棚距500mm。
(3)架設4200mmU36型鋼支架(6~7號棚),U型鋼對棚,棚距200mm。
(4)架設4200mmU36型鋼支架(8~10號棚),U型鋼單棚,棚距500mm。
(5)架設4200mmU36型鋼支架(11~12號棚),U型鋼對棚,棚距200mm。
(6)以此向北架設7架4200mmU36型鋼支架,U型鋼單棚,棚距500mm,此空間作為支護材料存放處。
(7)回撤4200mmU36型鋼支架(3~5號棚),U型鋼單棚,棚距500mm,由南向北逐一回撤。
(8)逐一架設U36型鋼加工制成的2500mm穿梁(1~7號穿梁)。
(9)回撤4200mmU36型鋼支架(8~10號棚),U型鋼單棚,棚距500mm,由南向北逐一回撤。
(10)逐一架設U36型鋼加工制成的2500 mm穿梁(8~14號穿梁)。詳見圖1。
4 巖巷大跨度交岔點支護研究
2204軌道巖石集中巷車場交岔點為滿足鋪設膠帶輸送機以及車場運輸要求,巷道最大寬度需要為9500mm,向西8m處巷道寬度需要為5520mm,此段巖巷交岔點支護為永久性支護,支護方式為大跨度“錨網噴+異形U36鋼棚+錨索梁+壁后注漿”聯(lián)合支護。詳見圖2。
圖2 大跨度交岔點“錨網噴+U36異形鋼棚+錨索梁+壁后注漿”聯(lián)合支護示意圖
4.1 架異形U36鋼棚支護
此交岔點段,共架設異形棚19架,從牛鼻子尖向西依次為2架寬9500mm異形U36鋼棚、2架寬9000mm異形U36鋼棚、2架寬8500mm異形U36鋼棚、2架寬8000mm異形U36鋼棚、2架寬7400mm異形U36鋼棚、2架寬6900mm異形U36鋼棚、2架寬6500mm異形U36鋼棚、2架寬6020mm異形U36鋼棚、2架寬5520mm異形U36鋼棚,鋼棚高度以此遞減。詳見圖3。
4.2 錨索梁支護
架棚后在此段頂部打設7根3m長、2根3.5m長U型鋼錨索梁,每根錨索梁連接2根錨索,共打設18根錨索,錨索梁延巷道走向布置,間排距為2000mm。
4.3 壁后注漿支護參數(shù)
注漿錨桿為直徑1吋DN25鍍鋅鋼管,長度1800mm,鋼管壁厚3mm。注漿錨桿布置在巷道兩幫及頂部,沿巷道底板向上700mm兩幫各一根,向上2500mm各一根,向上3400mm各自一根,間排距為2000mm;注漿材料為水和水泥,配合比水:水泥=1:0.5~0.75(質量比),注漿錨桿終壓保持在0.6MPa~0.9MPa。
5 結語
實踐證明,在煤層中通過超前注水,可以提高煤體的內聚力和增大煤體的內摩擦角,進而減少掘進煤巷的塑形區(qū)范圍,同時還可以增加煤體的粘結性、改善煤體的承載結構,起到濕潤煤體降低煤塵的作用。有效地克服了煤層膠結度低、易粉碎,煤巷壓力大、來壓快的不利客觀條件,成功地實現(xiàn)了安全、高效掘進煤巷的目的;架棚→拆棚→架設穿梁的煤巷交岔點支護技術,是偃龍礦區(qū)“三軟”煤層中煤巷交岔點的一項巨大技術創(chuàng)新,大跨度交岔點聯(lián)合支護的方式,在“三軟”煤層軟巖巷道首次應用,并發(fā)揮了其巨大的支護效果,獲得了支護技術上的革新。以上革新在偃龍礦區(qū)“三軟”煤層極具推廣價值。
參考文獻:
[1] 孟憲銳,徐永勇,劉環(huán)宇.難采煤層的分類標準與定量化研究[J].煤炭學報,2000(4):348-351.
[2] 唐陸兵.義煤集團義安礦業(yè)煤層注水顯成效[N].中國礦業(yè)報,2010.
[3] 秦永洋,殷世榮,張貴.煤巷U型鋼交岔點支護在采區(qū)中的創(chuàng)新設計[A].礦山建設工程新進展——2007全國礦山建設學術會議文集[C].2007.
[4] 任福.錨噴支護交岔點設計的改進[J].煤炭工程,1982(11).
[5] 孔德慧.大斷面交岔點巷道頂板加固技術[A].礦山建設工程新進展[C].2006.