分段施工在大坡度岩巷掘进中的应用

2015-03-09 03:53邓如彬孟相勇丁德才
现代矿业 2015年2期
关键词:斜巷风道坡度

邓如彬 孟相勇 丁德才

(河南能源化工集团有限公司陈四楼煤矿)

分段施工在大坡度岩巷掘进中的应用

邓如彬孟相勇丁德才

(河南能源化工集团有限公司陈四楼煤矿)

在煤矿井巷施工过程中,大坡度斜巷相比平巷施工难度系数大、危险程度高。结合现场施工案例,利用分段施工方式降低大坡度施工带来的危险程度,简化施工工艺,提高施工效率。同时总结了大坡度斜巷分段施工过程中出现的技术安全问题及采取的相应措施,为同类工程施工提供了参考。

大坡度井巷分段施工支护形式

陈四楼矿-640 m皮带暗斜井回风道在北翼-640 m 上部装矸硐室和皮带暗斜井(上部)之间,设计服务年限为30 a。回风道全长75.845 m,35°下山,井下标高为-467.3~424.0 m;净断面为4 200 mm×3 600 mm,直墙半圆拱断面,巷道开口向前施工34 m揭露二2煤层,向前42 m将穿越二2煤层,顶板为细粒砂岩,底板为砂质泥岩。

1 施工方案的选择

大坡度倾斜巷道施工与平巷相比,在凿岩、装矸、运输、通风、排水、支护等方面都具有不同的特点,由于巷道坡度大,大型综掘设备的使用受到一定限制, 故采用钻爆法掘进[1-2]。

1.1全段施工方案

全段施工也称单头掘进施工,从北翼-640 m皮带暗斜井(上部)开口向下掘进施工,一次掘进,省去了拆卸耙矸机工作量。但是耙矸机的安全使用距离太短,必须挪到回风道中段,坡度较大,运输和固定都非常困难,增加了作业的风险系数。采用耙矸机+矿车运输必须增加一部绞车提升,增加了设备的投入。大坡度斜巷运输安全性能差,适用于只能在一个方向安装掘进工作面的巷道。

1.2分段施工方案

分段施工是将施工巷道分为2个小段,先从北翼-640 m皮带暗斜井(上部)开口向下掘进施工,再从北翼-640 m上部装矸硐室向上施工,整体上简化了回风道的施工工序,降低了大坡度施工的劳动强度,也提升了斜巷施工的安全性。这样就避免了斜巷耙矸机安装和运输带来的困难,耙矸机分别坐落在上段和下段的开口处,大大提高了施工的安全。巷道必须具备2个掘进面,增加了拆装耙矸机和挪移工作面的时间。

1.3方案确定

回风道长度小于耙矸机上山使用和下山使用最大长度和,且下段和上段都具备安装掘进工作面条件,全段施工(上山或下山)期间均需铺设轨道,至少移一次耙矸机。基于回风道坡度较大,全段施工方案可行性差,故而采用分段施工方案,将北翼-640 m 皮带暗斜井回风道分上、下段施工。上段35°下山施工38.445 m停掘,下段35°上山施工37.40 m,与回风道上段贯通。巷道施工布置见图1。

2 施工工艺

2.1钻爆法掘进

采用垂直楔形掏槽方式和光面爆破。沿断面轮廓线上打较密集的炮眼,少装药,二圈辅助眼与周边眼的距离等于或稍大于周边眼间距。首先爆破掏槽眼,其次是辅助眼,最后是周边眼及底眼。采用串联方式,由内向外按顺序起爆,全断面一次爆破。

炮眼直径为43 mm,药卷直径为35 mm,不耦合系数为1.2。掏槽眼深2 m,其他炮眼深1.8 m。炮孔布置见图2。装药结构见图3。

2.2巷道支护

2.2.1临时支护

巷道掘进施工时,正常采用“前探梁+螺母吊环+厚松木板”形式进行临时支护[3]。巷道开口、变坡、拐弯、变断面或顶板条件发生变化等不能使用正常临时支护的情况下,可以使用带帽的轻型单体液压支柱作为临时支护。选用DWB28-30/100型轻型单体液压支柱进行辅助支护。

图1 巷道施工布置(单位:mm)

图2 炮孔布置(单位:mm)

图3 装药结构(单位:mm)

2.2.2永久支护

正常掘进期间的永久支护选择锚杆主动支护。按悬吊理论计算锚杆参数,锚杆间排距取800 mm,全断面采用8根φ20 mm×2 200 mm的左旋螺纹钢高强锚杆,两帮采用6根φ18 mm×2 200 mm的左旋螺纹钢高强锚杆[4-5]。见图4。

图4 断面支护示意(单位:mm)

下山顶锚杆必须紧跟迎头施工,锚杆角度无法保证时,可暂不打设,但必须进行临时支护。两帮最上部一排帮锚杆,爆破前滞后迎头不超过1排;两帮最下部一排帮锚杆在成巷前施工完毕;两帮中间部分帮锚杆不超过爆破前滞后迎头,其余帮锚杆每次爆破前必须紧跟迎头施工4排,爆破后不超过7排。

2.2.3穿煤支护

巷道揭煤时,底板为煤,帮锚距巷道底板起锚高度不能超过200 mm,锚喷厚度小于100 mm,混凝土强度等级为C20,除了锚网喷外,加打锚索以加强支护,每排布置3根,正顶1根,两肩窝各1根,间排距为1 600 mm,锚索采用φ18.9 mm的钢绞线。穿煤层、围岩破碎等锚网喷支护困难时,采用相应断面的29U型钢棚支护。架棚支护时必须另行编制补充措施。

2.3斜巷运输出渣

使用P-90B型耙矸机装岩,施工上段时,耙矸机于上坡点出矸,直至上段施工结束。施工下段时,耙矸机于回风道下平巷倒矸出渣,直至施工结束。斜巷采用绞车提升,平巷采取人力推车。

2.4施工作业平台的搭设

下段施工时,迎头矸石易滑落,造成支护困难,巷道爆破后,迎头存留积矸时,可摊成一个小平台,人员站在积矸上作业;若迎头无积矸,可搭设一个施工平台[3]。

2.4.1平台材料

吊环采用φ89 mm×500 mm套筒与φ20 mm的圆钢制作;钢管规格为φ57 mm×4 000 mm,加工3根;木板规格为3 000 mm×200 mm×70 mm(长×宽×厚),加工10块。

2.4.2平台搭建方法

将一根钢管两端预先套入吊环的套筒中,然后将2个吊环固定在两帮第二根锚杆上,再在钢管与套筒间打入木楔,使套筒紧贴巷帮,将整体固定。

将2根钢管搭在横放的钢管上,使用双股8#铁丝捆扎牢固,钢管搭接必须平行、水平,沿中心对称布置,间距约2 500 mm。

在2根钢管上铺设木板,宽度满足施工要求,铺设必须稳定、牢固、严密,并有限位装置,架板间不得留有缝隙。钢管要用销子固定,防止出现滑落。平台搭设好,由现场负责人确认牢固后,方可作业。作业平台搭建示意见图5。

2.5上山施工特殊支护

由于迎面墙岩石的层理紊乱,爆破松动了围岩,在迎头作业稍有震动就可能发生迎面墙片落,为了确保施工安全,巷道迎面墙必须进行临时支护。使用5根修复锚杆及3片金属平网(横放)护住迎面墙上部,每隔300 mm使用双股14#镀锌铁丝将金属平网上部与顶网相连。见图6。

上山施工支护时,顶锚杆及上部2根帮锚杆紧跟迎头,爆破前距离迎头不超过400 mm。其中,因3根正顶锚杆角度不符合要求,在每2排锚杆中间按设计要求,垂直巷道轮廓补打3根正顶锚杆。现场循环作业时,当班打完爆破施工的2排顶锚杆后,再打上个班2排顶锚杆的补打锚杆,依次循环作业。见图7。

图5 平台搭设示意

图6 迎面墙临时支护示意

图7 上山施工顶锚杆支护示意(单位:mm)

3 实施效果

采用分段施工方式,降低了大坡度斜巷施工的危险性,节省了绞车、轨道、斜巷挡车装置等设备投入,以最简化、最合理的施工方案组织生产,降低了人员的劳动强度,节省了巷道施工时间,比全段施工节省了10 d,降低了巷道成本,提升了人员工效,效果显著。

4 结 语

大坡度巷道施工与平巷施工相比,在支护、运输、掘进等方面有很多不同之处,施工难度相对较大,针对大坡度施工必须制定相应的安全技术措施,才能确保施工的顺利进行,坡度较大使设备固定成为最大难题,通过分段施工,解决了大坡度设备固定的问题,同时运用多种支护形式,保证了施工安全高效、质量合格,对类似短距离大坡度巷道掘进工程具有一定的指导作用。

[1]朱杰明.几种大坡度巷道短掘进法的技术分析[J].有色金属,1996(6):65.

[2]李忠.大倾角下回采巷道掘进技术[J].河北煤炭,2005(6):15-16.

[3]李爱军.大倾角上山巷道掘进支护技术[J].中州煤炭,2007(1):14-15.

[4]弓海军.大倾角倾斜巷道掘进施工[J].西部探矿工程,2012(1):131-132.

[5]常小荷.浅谈岩巷上山掘进探索及应用[J].工程管理,2012(10):71.

2014-08-16)

邓如彬(1989—),男,助理工程师,476600 河南省永城市。

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