大采高工作面顺槽预设混凝土墙体无煤柱开采技术

2018-12-06 03:55郭俊良
山东煤炭科技 2018年2期
关键词:空掘巷煤柱墙体

郭俊良

(阳泉煤业(集团)有限责任公司生产技术部,山西 阳泉 045000)

留设煤柱工艺不仅浪费大量煤炭,同时增加了采空区自然发火的概率。在突出煤层掘进过程中,大量的防突措施限制了掘进速度,增加了掘巷成本,沿空掘巷无煤柱技术是合理的[1-3]。

阳泉煤业(集团)寺家庄煤矿属于煤与瓦斯突出矿井,现采15#煤层平均厚度4.82m,留设煤柱工艺造成大量的煤炭损失,故决定在15117工作面进风巷实施柔模混凝土扩巷,为下一区段采煤工作面创造沿空掘巷条件,真正实现无煤柱开采。

柔模混凝土扩巷无煤柱开采技术原理是在15117工作面回采前,沿15117进风巷煤柱帮浇筑一道柔模混凝土连续墙,待15117工作面回采后且围岩趋于稳定时,沿墙体掘进巷道作为下一工作面回风巷。

1 项目概况

15117工作面主采15#煤,工作面埋藏深度431~493m,设计走向长度1460m,倾向长度220m,煤层倾角为4~13°,平均8°,煤层厚度4.5~5.2m,平均4.85m。工作面采用走向长壁采煤法,综合机械化大采高一次采全高采煤工艺,全部跨落法管理顶板。

扩巷巷道是15117进风巷,沿15#煤层顶板随层掘进。掘进断面为矩形,掘进宽度5.2m,高度4.1m,断面积为21.32m2。巷道净断面宽度5.0m,高度4.0m。15117工作面进风巷断面及支护图见图1。

图1 15117工作面进风巷断面及支护图 (单位:mm)

2 沿空掘巷巷道支护参数

2.1 扩帮支护设计

15117工作面扩帮宽度2.5m,顶部每排布置1根锚杆2根锚索,锚杆锚索相间布置,间距960mm,排距1000mm,采用波纹钢带组合支护。锚杆规格Φ20×2200mm,左旋无纵筋螺纹钢锚杆,锚索规格为Φ17.8×7200mm。

扩帮区煤帮采用锚网支护,支护参数为:帮锚杆每排5根,间距800mm,帮部最上一根锚杆距顶300mm,向上倾斜15°布置。最下一排锚杆距底板600mm,向下倾斜15°布置。其他锚杆垂直巷帮打注。

2.2 底板置换技术

15117工作面进风巷沿煤层顶板掘进,底板留有1.5~2m厚的底煤,为了保证沿空掘巷墙体的稳定及防止墙体钻底,故需将底煤进行处理。

考虑到施工因素,采用混凝土将底煤置换,即在进行扩帮时,将扩帮处进行起底,起底深度不小于1.5m,后采用混凝土浇筑填平,沿空掘巷墙体坐落于坚实的混凝土基础上。

沿空掘巷扩帮及支护图见图2。

图2 沿空掘巷扩帮及支护图 (单位:mm)

2.3 巷旁支护设计

采用C40三维纺织结构柔模混凝土浇筑隔离墙体,墙体宽度1500mm,墙体内布置横向锚栓,两侧布置横纵向钢筋钢带,两侧铺设钢筋网。

锚栓规格Φ22×1650mm螺纹钢,500号钢,间排距为800×750mm;杆体两端都设有丝扣,每段丝扣长度100mm;杆体两端各配一套高强度托板、调心球形垫和尼龙垫圈,托板采用150mm×150mm×10mm拱形高强度托盘;墙体成型1d后,给锚栓施加预紧力,预紧扭矩不小于150N·m。

钢筋钢带用Φ16mm圆钢焊接而成,钢筋钢带外宽80mm,采用长度为1.2m、3m、3.6m三种规格;钢筋网Φ6.5mm,网孔100×100mm。

距离煤帮800mm浇筑柔模混凝土墙体,施工时墙体两侧采用单体支柱挂设柔性模板。

沿空留墙巷旁支护设计图见图3。墙体锚栓及钢筋钢带布置图见图4。

图3 沿空留墙巷旁支护设计图 (单位:mm)

图4 墙体锚栓及钢筋钢带布置图 (单位:mm)

3 沿空掘巷施工工艺

3.1 工艺流程

15117工作面扩巷施工工艺流程包括扩帮及起底、巷道支护、混凝土干料制备及运输、基础浇筑、挂设柔模、墙体浇筑等工序。施工工艺流程图见图5。

图5 施工工艺流程图

3.2 扩帮及起底

为了保证15117工作面的正常回采,沿空掘巷施工决定在3个月内完成,故采用4台55型掘进机进行施工。扩帮分为两个扩帮头,一头2台掘进机台阶型施工,第一台掘进机施工上部台阶,扩帮宽度2.5m,高度3m,第二台掘进机进行扩帮及起底,高度2.5m。

第一个扩帮头位于15119切眼处,由里向外扩帮,扩帮长度350m。第二个扩帮头位于距15119切眼350m处,由里向外扩帮。第一个扩帮头350m施工完成后,将设备移至距15119切眼1000m处向外扩帮,第二个扩帮头一直向外扩帮,完成650m后设备移出升井。

3.3 混凝土干料的制备与运输

(1)混凝土干料配合比

沿空掘巷施工采用C40混凝土,混凝土配合比见表1。

表1 C40混凝土配合比

(2)混凝土干料的用量

根据设计,15117工作面沿空掘巷墙体浇筑每日施工20m,加上基础浇筑,则每日需混凝土干料250m³,1.5t固定厢式矿车体积为1.7m³,按照每车装混凝土干料1.5m³计算,则每天需运输160车。

(3)混凝土干料运输

混凝土干料由地面商混站制备,采用胶轮车运输至井口料场,用铲车将干料装入矿车下井,运输至15117进风巷巷口,采用皮带将混凝土干料输送至井下混凝土机搅拌站。

3.4 基础浇筑

基础浇筑超前墙体20m,保证在挂设柔模时基础具有足够的强度。每次基础浇筑的长度根据巷道坡度确定,巷道坡度较小时,一次浇筑长度可以提高至10~15m左右,坡度较大时,缩短一次浇筑长度至4~6m,保证基础完成后,巷道顶板距基础顶面的距离不超过4.1m。

3.5 挂设柔模

柔性模板是一个长方体结构,四周全封闭仅留一个注浆口用于泵注混凝土,由翼缘、灌注口、拉筋、锚栓孔等组成,尺寸为长×宽×高=3m×1.5m×4.3m。

挂设柔性模板时,沿长度方向将挂模钢筋插入顶部翼缘,用单体将挂模钢筋固定在顶板浇筑位置上,将高强螺纹钢筋插入预留锚栓孔,上钢筋网及横竖钢筋梁,拧上托盘螺母,柔模挂设完毕。

3.6 泵注混凝土

混凝土泵注采用柔模混凝土制备输送机组。该机组包括搅拌机和混凝土泵,混凝土干料通过皮带输送至搅拌机内,通过搅拌机加水进行搅拌,搅拌均匀后由混凝土泵经由输送管泵注进柔模内。

4 混凝土强度观测

施工过程中采用混凝土回弹仪对混凝土强度进行观测,观测数据见表2。

表2 混凝土回弹仪观测数据

由表2可以看出,柔模混凝土一天强度可达11MPa,达到设计强度的27.5%,3天可达设计强度的65.2%,7天即可达到设计强度40MPa。

5 结论

截至目前,扩巷施工30天,施工距离560m,最快施工速度可达每天30m,满足工期要求。

混凝土墙体最终强度达到46MPa,达到设计强度115%,强度满足设计要求。

15117 工作面进风巷扩巷的实施,可以实现真正无煤柱开采,仅回收煤柱一项,即可多回收煤炭资源30万t,可创造经济价值1.5亿元。

寺家庄煤矿沿空掘巷的实施,为阳煤集团大采高工作面无煤柱开采提供了宝贵经验,对大采高工作面的无煤柱开采具有重要意义。

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