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【摘要】大断面切眼成巷的关键是支护技术。本文总结了特大断面成巷掘进工艺及顶板支护技术的先进做法和成功经验。
【关键词】大断面 切眼 支护技术
【中图分类号】TB 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2009)12-0-02
神华宁夏煤业集团羊场湾矿于2008年6月装备了一套6.2m大采高综采设备,根据设备配套要求,按照先摆支架后稳输送机、上采煤机的顺序进行切眼设备安装。这就使切眼断面一次达到宽×高=8400mm×4050mm的要求。宽断面一次成巷最关键是顶板控制技术。
1 工作面概况
大采高首采工作面Y120201位于2#煤层12采区,总走向长度3720m,工作面倾斜长350m,煤厚6.85～7.37m,平均厚7.0m,煤层倾角3°～14°,平均为8°。2#煤层伪顶岩性为泥岩,直接顶岩性为粗砂岩,老顶为粉砂岩。
2 切眼施工工艺
2.1 掘进工艺
(1)受掘进条件的限制,8400mm宽的切眼不可能一次掘够宽度。采用先导硐施工4700mm宽,成巷后再扩帮370mm宽的方式。
采用ABM20S型掘锚机及配套设备施工。使用ABM20S型掘锚机来完成割煤和装煤及临时支护、永久支护工序,破碎机破碎、转运。具体为:每次掘进前,司机将掘锚机调整到巷道前进方向的中间位置,按由左向右,由上向下的顺序割煤,逐步扩大到设计断面的要求。循环截割深度不大于1000mm。截割下的煤落在装煤铲板上,同时圆盘耙杆连续运转,将煤炭装入中部运输机,运输机再将落煤转载至破碎机处,再利用带式输送机转运至运输大巷处的带式输送机上。采用掘锚机自带顶护板完成临时支护,最大控顶距离为2300mm。每一循环截割完毕后施工人员将钢筋网及钢带放在顶板液压支撑架横梁上,然后靠两个液压缸顶起液压支撑架到顶板。两个尾部液压稳定架缸稳定住掘锚机,并且辅助支撑顶板。在液压缸顶起液压支撑架到顶板的同时,锚杆机开始永久支护工作。截割结束并进行临时支护后,开始进行顶、帮永久支护。顶锚杆及两帮最上两排锚杆紧跟迎头,两帮锚杆中最下两排锚杆滞后迎头不得超过15m。锚索永久支护滞后工作面迎头不得超过30m。
(2)在距离4700mm导硐成巷施工50m之后(综掘机滞后掘锚机的距离不小于50m),采用S150J型综掘机进行3700mm的扩帮施工,采用由下向上左右循环截割。通过综掘机二运皮带将渣运输至切眼导硐掘进使用的刮板输送机运出。采用金属前探梁(1.5寸和2寸的钢管各三根,每根5.0m,φ20mm的圆钢三根,每根长500mm,卡子6个,每个前探梁2个)临时支护,循环进度为150mm(两片网),最大控顶距离为1800mm。截割结束并进行临时支护后,开始进行顶、帮永久支护。锚索永久支护滞后迎头不超过30m。
2.2 顶板控制
(1)支护形式
采用“锚网+钢带+锚索”联合支护。支护材料为顶板采用螺纹钢锚杆、工作面推进方向煤帮采用玻璃钢锚杆锚杆、扩帮侧老空煤帮采用圆钢锚杆、钢绞线锚索、铁托板、槽钢托梁、金属网、木托板,塑钢网。
第1次导硐掘进4700mm宽巷道时,巷帮布置φ20×2000mm的玻璃钢锚杆,间排距为1000×1000mm,每根锚杆安装2节φ35×350mm树脂药卷;顶板采用φ20×2500mm的螺纹钢树脂锚杆,锚杆间排距为750×750mm,每根锚杆安装4节φ23×350mm树脂药卷,每根锚杆使用一块150×150×10mm铁托板。
第二次切眼宽度扩够后,扩帮侧老空煤帮使用φ18×1800mm圆钢锚杆,间排距为1000×800mm,每根锚杆安装2节φ35×350mm树脂药卷,每根锚杆使用一块400×200×50柳木托板配合一块150×150×10mm铁托板;顶板采用φ20×2500mm的螺纹钢树脂锚杆,锚杆间排距为750×750mm,每根锚杆安装4节φ23×350mm树脂药卷,每根锚杆使用一块150×150×10mm铁托板。
锚索为φ17.8mm(1×7)钢绞线长8300mm,锚索间排距为2000×2000mm,锚索托梁长度为2400mm,在切眼正中和左右各2000mm补打锚索,锚索间排距为2000×2000mm, 锚索托梁长度为4400mm,每根锚索装6节φ23×700mm树脂药卷;2400mm的锚索托梁支护距离迎头不超过30m, 4400mm的锚索托梁支护距离迎头不超过50m。金属网规格为3700×900mm(网格150×150mm的钢筋网, φ6.5mm圆钢加工而成),顶部每排锚杆压一根钢带,钢带为φ18圆钢焊接加工而成,长度3700mm;巷道扩帮侧老空煤帮挂设塑钢网,网子为15m×2.5m, 网格50×50mm。在巷中支设1排单体液压带帽点柱,间距为1000mm。最终成巷后巷宽8400mm,总支护布置为:顶板锚杆12排、两帮锚杆各4排、锚索7排、单体液压支柱1排,如图1、2所示。
(2)支护机理
导硐每掘进2.3m后采用锚杆进行及时支护,扩帮每掘进1.8m后采用锚杆进行及时支护,顶板短时暴露尚未下沉或未出现离层时就及时安装上锚杆,进行悬吊、挤压加固,保持了浅部顶板的完整性及相对稳定性。
锚索支护弥补了锚杆长度的不足,预应力大,承载能力强。其实质就是把锚索深入到深部稳定岩石中,对被加固的岩体预先施加压应力,限制岩体的松动变形,从而保持围岩稳定。
当锚杆支护形成的压缩圈厚度小于松动圈厚度时,锚杆支护的悬吊作用减弱,顶板会离层脱落。再采用预应力锚索补强加固,锚索长度大、预应力高、快速承载能力强,形成压缩圈厚度大,在较大预应力的作用下,把上部稳定岩层和下部组成的岩层梁再组合在一起,每根锚索周围形成的压缩区域彼此重叠,在复合顶板中形成一个厚度更大的均匀连续压缩带,各岩层面互相挤压,层面摩擦大大增加,使复合顶板形成拱梁,从而有效的提高了顶板的整体性、稳定性,加强了顶板的自承能力。
3 支护效果和经济分析
过去,羊场湾矿在围岩应力集中、顶板破碎的巷道中均采用锚杆加钢棚支护,支护费用高,工人劳动强度大,工序复杂,单进低。近几年来,根据顶板赋存条件开始大面积推广锚杆、锚索联合支护技术替代钢棚等支护形式。到目前为止,所有掘进巷道全部采用这种支护形式,覆盖面达100%。
(1)用锚网、锚索联合支护,每米巷道支护费用降低1000多元,每年节约支护费用近4000多万元,创造了客观的经济效益。
(2)用锚网、锚索联合支护,其运输量、运输环节及消耗量少,工人劳动强度大大降低。短掘短锚做到及时支护,消除了空顶作业,改善了安全环境,带来显著的社会效益。
(3)用锚网、锚索联合支护,巷道断面利用率提高17%,通风阻力下降10%,明显的改善安全生产环境。
4 结论
(1)在34.03m2的特大断面切眼的掘进工艺过程中,最难的是支护技术。利用锚杆、锚索联合支护形式是最好的一种选择。锚索长度大、预应力高、快速承载能力强,不占巷道空间。既能满足支护强度要求,又能保证安装设备时不受支护影响。
(2)大采高工作面除切眼外的其它巷道,如顺槽、盘区等大断面巷道的支护均采用锚网、锚索联合支护形式。从切眼来看,从巷道开掘到设备安装结束的4个月时间里,巷道顶板没有出现大量下沉或冒顶事故。从工作面开采过程来看,现已推进了1400多米,两顺槽超前段采用较简单的超前维护即可保持顶板完整、无明显下沉。由此证明,所选锚网、锚索联合支护形式,规格、参数等均能满足现有顶板管理要求,这种支护技术是非常成熟有效的,值得全面大力推广。
【关键词】大断面 切眼 支护技术
【中图分类号】TB 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2009)12-0-02
神华宁夏煤业集团羊场湾矿于2008年6月装备了一套6.2m大采高综采设备,根据设备配套要求,按照先摆支架后稳输送机、上采煤机的顺序进行切眼设备安装。这就使切眼断面一次达到宽×高=8400mm×4050mm的要求。宽断面一次成巷最关键是顶板控制技术。
1 工作面概况
大采高首采工作面Y120201位于2#煤层12采区,总走向长度3720m,工作面倾斜长350m,煤厚6.85～7.37m,平均厚7.0m,煤层倾角3°～14°,平均为8°。2#煤层伪顶岩性为泥岩,直接顶岩性为粗砂岩,老顶为粉砂岩。
2 切眼施工工艺
2.1 掘进工艺
(1)受掘进条件的限制,8400mm宽的切眼不可能一次掘够宽度。采用先导硐施工4700mm宽,成巷后再扩帮370mm宽的方式。
采用ABM20S型掘锚机及配套设备施工。使用ABM20S型掘锚机来完成割煤和装煤及临时支护、永久支护工序,破碎机破碎、转运。具体为:每次掘进前,司机将掘锚机调整到巷道前进方向的中间位置,按由左向右,由上向下的顺序割煤,逐步扩大到设计断面的要求。循环截割深度不大于1000mm。截割下的煤落在装煤铲板上,同时圆盘耙杆连续运转,将煤炭装入中部运输机,运输机再将落煤转载至破碎机处,再利用带式输送机转运至运输大巷处的带式输送机上。采用掘锚机自带顶护板完成临时支护,最大控顶距离为2300mm。每一循环截割完毕后施工人员将钢筋网及钢带放在顶板液压支撑架横梁上,然后靠两个液压缸顶起液压支撑架到顶板。两个尾部液压稳定架缸稳定住掘锚机,并且辅助支撑顶板。在液压缸顶起液压支撑架到顶板的同时,锚杆机开始永久支护工作。截割结束并进行临时支护后,开始进行顶、帮永久支护。顶锚杆及两帮最上两排锚杆紧跟迎头,两帮锚杆中最下两排锚杆滞后迎头不得超过15m。锚索永久支护滞后工作面迎头不得超过30m。
(2)在距离4700mm导硐成巷施工50m之后(综掘机滞后掘锚机的距离不小于50m),采用S150J型综掘机进行3700mm的扩帮施工,采用由下向上左右循环截割。通过综掘机二运皮带将渣运输至切眼导硐掘进使用的刮板输送机运出。采用金属前探梁(1.5寸和2寸的钢管各三根,每根5.0m,φ20mm的圆钢三根,每根长500mm,卡子6个,每个前探梁2个)临时支护,循环进度为150mm(两片网),最大控顶距离为1800mm。截割结束并进行临时支护后,开始进行顶、帮永久支护。锚索永久支护滞后迎头不超过30m。
2.2 顶板控制
(1)支护形式
采用“锚网+钢带+锚索”联合支护。支护材料为顶板采用螺纹钢锚杆、工作面推进方向煤帮采用玻璃钢锚杆锚杆、扩帮侧老空煤帮采用圆钢锚杆、钢绞线锚索、铁托板、槽钢托梁、金属网、木托板,塑钢网。
第1次导硐掘进4700mm宽巷道时,巷帮布置φ20×2000mm的玻璃钢锚杆,间排距为1000×1000mm,每根锚杆安装2节φ35×350mm树脂药卷;顶板采用φ20×2500mm的螺纹钢树脂锚杆,锚杆间排距为750×750mm,每根锚杆安装4节φ23×350mm树脂药卷,每根锚杆使用一块150×150×10mm铁托板。
第二次切眼宽度扩够后,扩帮侧老空煤帮使用φ18×1800mm圆钢锚杆,间排距为1000×800mm,每根锚杆安装2节φ35×350mm树脂药卷,每根锚杆使用一块400×200×50柳木托板配合一块150×150×10mm铁托板;顶板采用φ20×2500mm的螺纹钢树脂锚杆,锚杆间排距为750×750mm,每根锚杆安装4节φ23×350mm树脂药卷,每根锚杆使用一块150×150×10mm铁托板。
锚索为φ17.8mm(1×7)钢绞线长8300mm,锚索间排距为2000×2000mm,锚索托梁长度为2400mm,在切眼正中和左右各2000mm补打锚索,锚索间排距为2000×2000mm, 锚索托梁长度为4400mm,每根锚索装6节φ23×700mm树脂药卷;2400mm的锚索托梁支护距离迎头不超过30m, 4400mm的锚索托梁支护距离迎头不超过50m。金属网规格为3700×900mm(网格150×150mm的钢筋网, φ6.5mm圆钢加工而成),顶部每排锚杆压一根钢带,钢带为φ18圆钢焊接加工而成,长度3700mm;巷道扩帮侧老空煤帮挂设塑钢网,网子为15m×2.5m, 网格50×50mm。在巷中支设1排单体液压带帽点柱,间距为1000mm。最终成巷后巷宽8400mm,总支护布置为:顶板锚杆12排、两帮锚杆各4排、锚索7排、单体液压支柱1排,如图1、2所示。
(2)支护机理
导硐每掘进2.3m后采用锚杆进行及时支护,扩帮每掘进1.8m后采用锚杆进行及时支护,顶板短时暴露尚未下沉或未出现离层时就及时安装上锚杆,进行悬吊、挤压加固,保持了浅部顶板的完整性及相对稳定性。
锚索支护弥补了锚杆长度的不足,预应力大,承载能力强。其实质就是把锚索深入到深部稳定岩石中,对被加固的岩体预先施加压应力,限制岩体的松动变形,从而保持围岩稳定。
当锚杆支护形成的压缩圈厚度小于松动圈厚度时,锚杆支护的悬吊作用减弱,顶板会离层脱落。再采用预应力锚索补强加固,锚索长度大、预应力高、快速承载能力强,形成压缩圈厚度大,在较大预应力的作用下,把上部稳定岩层和下部组成的岩层梁再组合在一起,每根锚索周围形成的压缩区域彼此重叠,在复合顶板中形成一个厚度更大的均匀连续压缩带,各岩层面互相挤压,层面摩擦大大增加,使复合顶板形成拱梁,从而有效的提高了顶板的整体性、稳定性,加强了顶板的自承能力。
3 支护效果和经济分析
过去,羊场湾矿在围岩应力集中、顶板破碎的巷道中均采用锚杆加钢棚支护,支护费用高,工人劳动强度大,工序复杂,单进低。近几年来,根据顶板赋存条件开始大面积推广锚杆、锚索联合支护技术替代钢棚等支护形式。到目前为止,所有掘进巷道全部采用这种支护形式,覆盖面达100%。
(1)用锚网、锚索联合支护,每米巷道支护费用降低1000多元,每年节约支护费用近4000多万元,创造了客观的经济效益。
(2)用锚网、锚索联合支护,其运输量、运输环节及消耗量少,工人劳动强度大大降低。短掘短锚做到及时支护,消除了空顶作业,改善了安全环境,带来显著的社会效益。
(3)用锚网、锚索联合支护,巷道断面利用率提高17%,通风阻力下降10%,明显的改善安全生产环境。
4 结论
(1)在34.03m2的特大断面切眼的掘进工艺过程中,最难的是支护技术。利用锚杆、锚索联合支护形式是最好的一种选择。锚索长度大、预应力高、快速承载能力强,不占巷道空间。既能满足支护强度要求,又能保证安装设备时不受支护影响。
(2)大采高工作面除切眼外的其它巷道,如顺槽、盘区等大断面巷道的支护均采用锚网、锚索联合支护形式。从切眼来看,从巷道开掘到设备安装结束的4个月时间里,巷道顶板没有出现大量下沉或冒顶事故。从工作面开采过程来看,现已推进了1400多米,两顺槽超前段采用较简单的超前维护即可保持顶板完整、无明显下沉。由此证明,所选锚网、锚索联合支护形式,规格、参数等均能满足现有顶板管理要求,这种支护技术是非常成熟有效的,值得全面大力推广。