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输送机大巷延伸掘进一次成巷支护技术研究

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  摘 要:为了满足生产需要及工作面的接续,形成完善的运输系统,需对一水平北翼带式输送机大巷进行延伸,巷道使用综掘进机进行掘进,一次截割成巷。对巷道进行支护设计,采用锚网索联合支护,并进行水沟、地坪浇筑。
  关键词:延伸;一次成巷;支护
  DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.056
  1 工程背景
   东侧为一水平辅助运输大巷延伸段;南侧为已掘进带式输送机大巷;西侧为一水平回风大巷延伸段;北侧为未开拓区域。煤层厚度最大11.6m,最小9.8m,平均10.5m;煤层倾角最大3°,最小0°,平均0.3°。一水平北翼带式输送机大巷延伸巷道为煤巷,采用矩形断面,长度为515m,巷道掘进宽度4.4m,掘进高度3.75m,掘进面积16.5m2。
  2 支护设计
   (1)巷道开挖围岩破坏深度。巷道宽度为4.4m,直接顶板为煤层及其底板泥岩,取普氏系数(即岩石硬度系数)为4。由于顶板泥岩普氏系数取值为4,计算得到顶板围岩破坏深度为0.55m。
   (2)錨杆支护参数计算。考虑本硐室埋深较浅,且顶板为泥岩及煤层,所以能确保顶板稳定方能保证硐室的支护安全性,本次设计巷道帮部与顶板采用相同的支护参数,以确保安全。
   ①锚杆长度L:锚杆长度L=1.5m,设计取2.1m。
   ②锚杆锚固力与锚固长度。锚杆选用直径Ф20mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆BHRB335,σ=335MPa。锚杆锚固力计算:
   式中:F—为巷道顶板单根锚杆破断力,kN;σ—为锚杆的屈服强度,335MPa;r—为锚杆直径,20mm。由上述计算结果可知:单根锚杆破断力为:105kN,设计取顶板锚杆锚固力大于105 kN,即P>F。锚杆理论锚固长度计算:
   式中:σ—为锚杆的屈服强度,335MPa ;D—为锚杆孔径,28mm;
  τ—为树脂药卷与孔壁粘结强度,取值为1~5MPa,煤层取小值,岩层取大值。由以上计算可以得到锚杆理论锚固长度为l1≥1228mm。
   ③锚杆支护间排距。锚杆的锚固力应不小于被悬吊不稳定岩层的重量,即:
   式中:K1—为安全系数,一般取1.5~2.5;K2—为动压影响系数,取2;a1、a2—为锚杆间排距;γ—为不稳定岩层平均重力密度,取25kN/m3。假定锚杆支护的间排距相同,则间排距为1110mm,取1.1m,考虑到永久巷道,选择锚杆间排距为0.8m。
   (3)控顶距。顶板进行支护后,迎头最小控顶距为300mm;如遇断层等特殊构造使顶板变松软破碎时,及时缩小循环进尺,缩小锚杆间排距对顶板及时进行支护。
   (4)支护参数确定。一水平北翼带式输送机大巷采用Φ20mm×
  2100mm的Ⅱ级左旋无纵筋螺纹钢锚杆,锚杆间排距800×800mm;锚索采用Φ15.24mm×7500mm钢绞线,间距2m,排距2.4m。
  3 临时支护形式
   临时支护的形式、材料、规格和要求:顶板条件比较好时采用带有初撑力的安全点柱作为临时支护,安全点柱为6根,安全点柱初撑力不小于10kN,使用3寸、2寸钢管加工制成,高度4000mm,至少要4用2备;安全点柱帽8块,规格:长×宽×厚=1000mm×200mm×80mm。安全点柱要打实打牢,严禁空顶作业。
   掘进机每截割一循环后,将掘进机退出,截割头落地,断电并闭锁,并盖上截割头防护罩;锚顶前,按设计在未支护顶板下方布置安全点柱,严禁空顶作业。
   安全点柱沿巷道中线等距离布置,间排距2000mm×2500mm,靠近迎头一排距离迎头不超过900mm,且必须加木楔带帽使用,底板松软时必须穿鞋,严禁打在浮煤、浮矸上。
  4 地坪、水沟浇筑
   根据设计要求,一水平北翼带式输送机大巷需浇筑地坪,浇筑厚度均为150mm;一水平北翼带式输送机大巷、联络巷均需浇筑水沟,一水平北翼带式输送机大巷毛水沟规格为500mm×400mm,净尺寸为300mm×250mm;混凝土浇筑强度为C20。
   (1)地坪浇筑施工方法:①巷道底板整平→巷道底板喷水→卸入混凝土→混凝土铺平→第一次混凝土振捣器振捣→测量腰线→第二次采用自制平板混凝土振捣器、振捣、拉平→测量腰线→整改、再次拉平→砼养护。②砼配合比为:水泥:砂子:石子=1:1.35:2.42。③搅拌站必须严格按计量配比。④混凝土地坪允许偏差:标高-30~+50mm,表面平整度≤10mm。⑤所铺砼必须密实,表面保持平整、光滑、翻浆。⑥地坪浇筑完成后,巷道高度到达要求。⑦砼养护时间不少于7天。⑧浮煤清理到硬底。
   (2)水沟浇筑:要先支设模板,根据中、腰线确定立模板的位置,模板支在实底上,垂直于底板,模板与沟壁部分采用立木、木撑杆固定并且立木间要支设牢靠的斜撑,连接处模板内侧与沟壁之间,分上、中、下用木撑杆撑紧,木撑杆均匀布置,浇注前,模板及沟壁用清水润湿并涂刷机油,再进行浇注,浇一层捣固一层,依次浇注至设计高度。
  5 巷道掘进技术规范要求
   (1)成巷。宽度:中线至任一帮距离    允许偏差:0~+100mm。
  高度:腰线至顶、底板距离  允许偏差:0~+100mm。坡度:一水平北翼带式输送机大巷沿0°15′26″下山掘进,联络巷沿4°39′19″上山掘进,巷道坡度偏差不得超过±1‰。
   (2)支护。锚杆:间、排距允许偏差为±100mm;拉拔力≥80kN(23MPa);锚杆孔的方向与巷道轮廓线的角度或与里层面、节理面、裂隙面的夹角应不小于75°,肩窝锚杆距肩窝距离不大于300mm;锚杆的扭矩二次紧固应在 260 N·m≤扭矩≤300N·m范围内;孔深允许偏差应为0~50mm;丝扣外露在10~50mm之间。锚网:铺设时网片间搭接一个网格,并用14#铁丝双股每隔一个网格绑扎一扣(交叉捆扎);在围岩稳定,无侧压、片帮时,外段巷道两侧帮锚杆,可滞后进行,即:帮锚网支护在掘进机后方宽敞处进行,帮部锚杆支护滞后工作面最大距离30m,工作面围岩不稳定时,掘进机切割前,帮锚杆滞后工作面最多不超10m。
   (3)其他。水沟:位置允许偏差±50mm;上沿标高允许偏差±20mm;深度允许偏差±30mm;宽度允许偏差±30mm。
  参考文献:
  [1]韦中成,邢凡雪.锚杆支护技术在煤巷掘进中的应用[J].山东煤炭科技,2014(09).
  [2]熊苡,崔义,徐进.三软煤层大断面综采开切眼一次成巷支护技术研究[J].煤炭工程,2013(01).
  作者简介:刘乐(1990-),男,江苏邳州人,本科,调度主任,助理工程师,研究方向:煤矿采掘技术。
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