采掘工程支护方案Word格式文档下载.docx
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q=Kd·
(qM+qd)
式中:
q——工作面支架所需支护强度,kN/m2;
Kd——基本顶失稳时的动载系数,根据邻近综放工作面矿压观测结果,取1.1;
qM——冒落带岩层自重应力,kN/m2;
qd——支架上方顶煤自重应力,kN/m2;
其中:
qM=γ岩·
hm=22×
34.4=756.8kN/m2
qd=γ煤·
Md=14.21×
3.3=46.9kN/m2
γ岩——顶板岩石容重,取22kN/m3;
Md——顶煤厚度,取4.44m。
1607工作面采空区冒落带高度计算按公式:
Hm——垮落带高度m;
M——累计采厚m,取最大厚度6.64m。
代入公式计算可得,垮落带最大高度为34.4m。
则:
q=1.1×
(756.8+46.9)=884.07kN/m2
(2)、支架支护阻力计算:
支架工作阻力:
P=q(Lk+Ld)B
P——支架工作阻力(kN);
q——工作面支架所需支护强度,kN/m2;
Lk——梁端距,0.35m;
Ld——顶梁长度,3.85m(由选用的配套支架参数确定);
B——支架支护宽度,1.50m。
P=884.07×
(0.35+3.85)×
1.5=5570kN。
(3)、支架的支护强度:
为5600KN/m2
P<5600
(4)、支架底板比压为1.43Mpa
工作面底板容许比压38.2MPa
(5)、支架采高
支架支护下采高为2.2m。
则Hmax=Mmax+0.2=2.4m
Hmax——支架最大工作高度,m;
Mmax——最大采高,2.2m;
Hmin=Mmin-Sz-a=2.2-0.05-0.1=2.05m
Hmin——支架最小工作高度;
Sz——预计顶板下沉量,取0.05m;
a——避免支架压死的撤出高度,取0.1m。
即支架的最大结构高度不小于2.40m,最小结构高度不大于2.05m。
4、支架选择:
根据以上计算结果,选用ZF5600/14/28型放顶煤液压支架,其工作阻力为5600KN,大于计算所需工作阻力5570KN,能满足采煤工作面顶板支护强度需要。
工作面两端头均采用3架ZFG5600/18/32型过渡液压支架支护。
通过以上数据对比,选用ZF5600/14/28型放顶煤液压支架,能满足采煤工作面支护强度要求。
ZF5600/14/28型支架主要技术参数如下:
名称
单位
参数
备注
支架高度
m
1.4-2.8
支架长度
3.85
不含前伸梁的长度
支架中心距
mm
1500
支柱直径
230
支柱数量
根
4
支柱提缸力
KN
48
移架步距
800
支架工作阻力
5600
支架初撑力
MPa
31.5
整架重量
T
14.7
包括双体支柱4棵
泵站压力
Mpa
工作液
浓度2-3%
前伸梁行程
(二)、基本支护
工作面采用ZF5600/14/28型放顶煤液压支架配合DZ28-25/100型单体液压支柱支护顶板。
1、工作面端头支护1607工作面上、下顺槽为运输进风顺槽和轨道回风顺槽,断面净宽为4.2m、4.0m,高度均为2.80m。
工作面配套有ZFG5600/18/32型过渡支架,运输顺槽端设过渡液压支架3架,轨道顺槽端设过渡液压支架3架,支架中心距1.50m。
2、工作面顺槽超前支护设计回采工作面顺槽超前20m加强支护,利用已有DZ28-25/100型单体液压支柱配合HDC-3000“π”型钢梁进行支护。
“π”型钢梁下支单体液压支柱,“一梁三柱”平行于回采工作面横向布置,柱、排距均为1.0m。
同时,矿井在生产中应严格执行敲帮问顶的制度,严禁空顶作业,遇破碎地段应加强支护,单体液压支柱的初撑力必须达到《煤矿安全规程》的要求,支柱钻底时,必须穿铁鞋,钻底量小于100mm,且支柱高度要与采高相符,不得超高使用。
单体液压支柱技术参数见表3-3-6。
单体液压支柱技术参数表
表3-3-6
标准型号
支撑最大高度
支撑最小高度
伸缩行程
额定工作阻力
kN
额定工作液压
DZ28-25/100
2800
2000
250
31.8
初撑力kN
泵站压力MPa
油缸直径mm
底座面积cm2
无液支柱质量kg
有液支柱质量kg
18~157
15~20
100
109
70
75
(三)、特殊支护
本工作面的特殊支护有走向板棚、倾向抬棚、单体斜撑柱、贴帮柱。
1、倾向抬棚:
倾向抬棚是为了防止推倒支架所用的特殊支护,在靠近支架后柱10cm沿工作面倾斜方向支设一排,把工作面支架上下全部铰接,倾向抬棚用单体支柱配铰接顶梁,顶梁必须铰接使用,并将铰接顶梁上的销子紧实。
煤层倾角较大及俯采时,铰接顶梁支设的支柱两方向(推采及倾斜方向)上都必须有迎山角(6-8°
迎山1°
),底板坚硬时,支柱必须刨出3-5cm的柱窝,支柱钻底大于10cm时必须穿鞋,且要迎山有力;
支柱初撑力不低于6.5MPa。
2、走向板棚:
走向板棚是当架距大,金属网下坠严重时在架间支设,顶梁采用π型顶梁,顶梁长度一般在2.4米,所用支柱不得少于两棵。
支柱初撑力不低于12MPa。
3、单体斜撑柱:
当工作面支架与顶板不平行,变形严重或煤层倾角大于15°
时支设,用于护架,其初撑力不低于6.5MPa。
4、贴帮支柱:
当工作面压力增大时,煤壁片帮时支设,以防片帮伤人,其初撑力不低于6.5MPa。
(五)适用性
1、工作面正常工作时期采用基本支护和特殊支护方式。
2、特殊时期
(1)工作面初次来压安全技术措施:
①工作面初次来压前,应在上回风巷、下运输巷挂牌标明来压位置,加强来压的预测预报工作。
②加强上、下端头顶板管理,要提高支护质量,适当加大支护密度,确保端头支架联网与巷道搭接0.5m以上,防止出现端头冒顶。
③坚持正规循环作业,采面开采高度严格控制在2.4m。
④提高工作面支架的支护质量,随时注意顶、帮及煤壁的变化情况,并加强维护。
⑤严禁超宽开采,当工作面面前出现空帮、空顶时,应及时伸出前探梁,必要时用半圆料在面前下托棚进行维护,并保证一梁三柱。
⑥加强架与架间的横向联系,打好托棚和斜支柱。
⑦严格控制一次开帮距离,并及时联网探梁,必要时逐架开帮,顶板破碎时,采用镐刨钎子捣的方式控制顶板。
⑧工作面安全出口保证始终畅通,移溜子头时卸下的支柱必须及时补齐。
每班检查两巷情况,发现隐患及时处理。
⑨质量验收员每班对支柱进行量压,发现有压力显现征兆时及时采取措施。
加强泵站及液压管路维护,保证泵站压力不低于18MPa。
(2)停采前的顶板管理:
①严格工作面的支护质量,及时对支柱二次注液,端头支护、一梁三柱等特殊支护齐全有效,保证工作面支护强度。
②顶板破碎压力大时,增加支架支护密度或在支架间支设走向棚。
③面前压力大有片帮现象时,面前及时挂网或支设戴帽贴帮柱加强支护。
(3)过断层及顶板破碎时的顶板管理:
①加强顶板管理,严格执行敲帮问顶制度。
②打眼人员应根据顶板的具体情况,严格控制打眼深度、角度及装药量,应尽量减少对断层破碎带的震动,必要镐刨控制顶板。
③当面出现片帮或顶板破碎时,应及时联网维护,控制顶板,并减少一次开帮长度。
④顶板较破碎时,应先联网,用单体维护好顶板、并减少一次开帮长度。
⑤当面前出现局部冒顶时,必须用木料将顶结实,保证支柱初撑力。
⑥因断层影响,不沿底板的地段支柱钻底超过10cm必须穿鞋,确保支柱有足够的支撑力。
(4)放顶煤时期的顶板管理:
①放顶煤前后必须对支架进行注液,并达到初撑力。
②加强工作面工程质量,严禁出现调斜、立棱支架。
③放顶煤时严禁将支架后方放空,以矸石围住支架为准。
(5)应力集中区的顶板管理:
为加强应力集中区的顶板管理,巷道内掘进棚下采取打点柱的方法加强支护,工作面内加强工程质量,打好架与架之间的联锁托棚,加强支架的稳定性。
杜绝立棱,调斜支架,保证支柱初撑力。
二、巷道支护
岩巷、半煤岩巷和硐室一般采用锚喷支护。
但可根据煤层厚度、硬度、顶、底板岩性和淋水大小等情况,也可采用钢架棚支护。
1、锚喷支护设计应按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(国标50086-2001)进行。
锚喷支护设计主要用工程类比法。
只有在复杂地质条件下,对于重点工程和大跨度巷道、硐室等以及缺乏恰当类比对象时,才进行监控法设计和解析法验证。
《煤矿安全规程》规定掘进工作面严禁空顶作业,必须使用临时支护,结合我国锚网喷支护形式,可根据断面跨度确定临时支护方式,断面宽度<
4000mm时挑杆不少于3条,断面宽度≥4000mm时挑杆数量应不少于4条。
对于极不稳定类型顶板还可采用打临时点柱的临时支护方式。
(1)、锚喷支护材料:
①、锚杆及锚固剂:
锚杆采用5#(A5)钢制成的等强度螺纹钢锚杆,直径18mm,长度1800mm,锚杆间排距900mm×
1000mm。
每根锚杆均用2根树脂锚固剂固定,锚固长度不少于700mm,锚杆外露长度不大于30mm,托盘为方形。
树脂锚固剂直径为28mm,每块长度为500mm,锚杆均使用配套标准螺母紧固,锚固剂型号为MSZ2535,每根锚杆锚固力不小于64KN。
②、金属网采用8#铁丝制作的菱形网,网的规格为长×
宽=10000mm×
1000mm,网格为长×
宽=50×
50mm,网要压茬连接,搭接长度不小于100mm,相邻两块网之间要用8#铁丝连接,连接点要均匀布置,间距0.1m。
③、喷射混凝土必须使用用标号不低于425#水泥,沙为纯净的河沙,石子粒径小于5mm,石子过筛,并用水冲洗干净,混凝土强度抗拉1.4MPa、抗压25MPa,配比为水泥:
沙:
石子=1:
2:
2;
混凝土标号为150#。
速凝剂型号J85,掺入量一般为水泥重量的2~3.5%,喷拱时取上限,喷淋水区时,可酌情加大速凝剂掺入量,速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入,喷层厚度为200mm。
(2)、临时支护
在施工过程中,为保证人员安全,采用前探梁支护作为临时支护,前探支架由金属前探梁、金属套环组成。
前探梁由φ50mm钢管制作,长度2.5m,套环采用φ60mm钢法兰制作,长度为0.25m。
前探梁最大控顶距2m,前探梁上方用规格为:
长×
宽×
厚=1200×
60×
100mm背板、木楔等接顶背实;
前探梁用套管吊挂在靠近迎头的锚杆上,共3根。
施工过程中3根前探梁形成跨步循环临时支护模式,临时支护打好之后,方可在临时支护的掩护下进行打锚杆、挂网等工作。
(3)、永久支护
采用锚喷支护,支护材料为螺纹钢锚杆,喷射混凝土(水泥、石子、沙子),锚杆株排距拟定为900mm,喷体厚度为100mm。
按悬吊理论计算锚杆参数
①、锚杆长度计算:
1、锚杆长度计算:
L=KH+L1+L2
式中:
L—锚杆长度,m;
H—冒落拱高度,m;
K—安全系数,一般取K=2;
L1—锚杆锚入稳定岩层的深度,一般按经验取0.5m;
L2—锚杆在巷道中的外露长度,一般取0.1m;
其中:
H=B/2f=4.4/(2×
4)=0.55(m)
B—最宽巷道开掘宽度,取4.4m;
f—岩石坚固性系数,砂岩取4;
则L=2×
0.55+0.5+0.1=1.7(m)
②、锚杆株、排距计算,按株排距相等,取a:
a=
a—锚杆间排距,m;
Q—锚杆设计锚固力,64KN/根;
H—冒落拱高度,取0.55m;
r—被悬吊砂岩的重力密度,取27KN/m3;
a=1.47(m)(选取锚杆间排距为900mm)
通过以上计算,选用直径18mm、长度1800mm的等强度螺纹钢锚杆,可以满足支护强度要求。
(4)、支护工艺
①、锚杆及锚固剂:
每根锚杆均用2块树脂锚固剂固定,锚固长度不少于700mm,锚杆外露长度不大于30mm,托盘为长×
厚=150×
150×
8mm。
③、喷射混凝土必须使用标号不低于425号水泥,沙为纯净的河沙,石子粒直径小于5mm,石子过筛,并用水冲洗干净配比为水泥:
2,速凝剂型号为J85型,掺入量一般为水泥重量的2—3.5%,速凝剂必须在上料口均匀加入。
(5)、锚杆安装工艺
①、打锚杆眼
打眼前,首先按照中、腰线严格检查巷道断面规格,不符合作业规程要求时必须先进行处理;
打眼前要先敲帮问顶,仔细检查顶帮围岩情况,找掉活矸、危岩,确认安全后方可开始工作,锚杆眼的位置要准确,眼位误差不得超过100mm,尽量与岩层层里或裂隙面垂直,层里不明显时,以与巷道轮廓线的切线夹角为准,角度均不小于75°
,误差不得大于15°
。
用直径32mm钻头打眼,杆眼深度应与锚杆长度相匹配,打眼时应在钎子上做好标志,严格按锚杆长度打眼,深度1.8m±
50mm,应用长短钎套打以保证锚杆眼的深度和角度;
锚杆眼打好后,应将眼内的煤岩渣、积水清理干净。
打眼时,必须在临时支护的掩护下操作。
打眼的顺序,应由外向里先顶后帮的顺序依次进行。
②、安装锚杆
安装锚杆前,应将眼孔内的积水、岩粉用压风吹扫干净。
吹扫时,操作人员应站在孔口一侧,眼孔方向不得有人。
吹扫干净锚杆眼后把2块树脂锚固剂送入眼底,把锚杆插入锚杆眼内,使锚杆顶住树脂锚固剂外端头套上螺帽,用带有专用套筒的风煤钻卡住螺帽,开动风煤钻,使风煤钻带动杆体旋转将锚杆旋入树脂锚固剂,对锚固剂进行搅拌,直至锚杆达到设计深度,方可撤去风煤钻,搅拌旋转时大于35s后,卸下螺帽,上好托盘,拧上螺帽,12min之后,拧紧螺帽给锚杆施加一定预紧力,拧紧力矩不小于120N•M。
紧固锚杆使用锚杆预应力扳手(MC-300/750)。
(6)、喷射混凝土
A、准备工作
必须先按照中、腰线严格检查巷道断面规格,不符合作业规程要求时必须先进行处理;
①检查锚杆安装是否符合设计要求,发现问题及时处理。
②清理喷射现场的矸石杂物,接好风、水管路,输料管路要平直不得有急弯,接头要严密,不得漏风,严禁将非抗静电的塑料管做输料管使用。
③检查喷浆机是否完好,并送电空载试运转,紧固好摩擦板,不得出现漏风现象。
④喷射前必须用高压风水冲洗岩面,在巷道拱顶和两帮应安设喷厚标志。
⑤喷射人员要佩戴齐全有效的劳保用品。
B、喷射混凝土的工艺要求
喷射顺序为:
先墙后拱,从墙基开始自下而上进行,喷枪头与受喷面应尽量保持垂直。
喷枪头与受喷面的垂直距离以0.8~1.0m为宜。
采用搅拌机拌料、水泥、沙和石子应混合均匀。
喷浆时,喷浆机的供风压力在0.4MPa,水压应比风压高0.1MPa左右,加水量凭射手的经验加以控制,最合适的水灰比是0.4~0.5之间。
喷射过程中应根据出料量的变化,及时调整给水量,保证水灰比准确,要使喷射的湿混凝土无干斑,无流淌,粘着力强,回弹料少。
C、喷射工作
喷射工作开始前,应首先在喷射地点铺上旧风带,以便收集回弹料,一次喷射完毕,应立即收集回弹物,并应将当班拌料用完。
当班喷射工作结束后,必须卸开喷头,清理管路和喷浆机内外部所有遗留物。
开机时必须先给水,后开风,再开机,最后上料;
停机时,要先停料,后停机,再关水,最后停风。
喷射顺序为:
先墙后拱,从墙基开始自下而上进行。
喷射工作开始后,严禁将喷射枪头对准其它人员,喷射中突然发生堵塞故障时,喷射手应紧握喷头并将喷口朝下并立即命令关掉压风开关。
D、喷射质量及养护
喷射前必须清洗岩帮,清理浮矸,喷射均匀,无裂隙,无“穿裙,赤脚”。
喷射工作结束后,当班喷层必须在下一个班末开始洒水养护,洒水养护时间不低于28天,7天以内每班洒水2次,7天以后每班洒水1次。
(7)特殊支护
在锚喷支护中,当围岩稳定性较好,采用先锚后喷的方式;
当围岩稳定性较差时,锚杆株排距缩小为0.7m,并挂钢筋梯加强支护,首先及时喷射不小于50mm厚的混凝土封闭围岩,紧接打锚杆挂网,复喷到设计厚度,初喷距迎头不得超过3m,复喷距迎头不得超过6m,初喷厚度为50~70mm,复喷总厚度不低于150mm。
2、11号矿工钢支护
(1)、采用矿用11号工字钢梯形刚性支架。
其优点是适应性强,承载能力大,可加工性好,安装容易,耐火性好,支架构件在达到屈服强度以后塑性工作范围大,安全性好;
易修复,可多次复用,经济效果好。
缺点是初期一次投资大,用钢量多。
其参数、性能见下表:
矿用工字钢的尺寸规格(mm)表2
型号
高度h
腿宽b
腰厚d
11
110±
2.0
90±
9±
0.6
矿用工字钢的牌号和化学成分表3
型号
牌号
化学成分(质量分数)(%)
C
Si
Mn
P
S
≤
20MnK
0.21~0.26
0.20~0.60
1.20~1.60
0.045
0.050
矿用工字钢的力学和工艺性能表4
牌号
力学性能
工艺性能
屈服点ó
s/MPa
抗拉强度ó
b/MPa
伸长率δ5(%)
冷弯试验180°
≥
20Mnk
355
510
18
d=2a
(2)、基本支护:
11号矿用工字钢梯形刚性支架:
表5
型
钢号
巷道断面参数
支架结构参数
净高H1
(mm)
上顶宽B3
下底宽B4(mm)
净断面S1(m2)
掘进断面Sm(m2)
H
B
H1+H4
L1
L2
A(°
)
工
2700
4.7
5.7
2310
2920
2200
2300
2230
80
2770
5.2
6.3
2510
2980
2400
2430
2970
6.8
3130
2500
说明:
1、顶梁与柱腿接口长度150mm
2、柱腿扎角(α)80°
(也可自行调整)
3、材料为矿工钢
(3)、特殊支护
在矿工钢梯形棚支护中,当围岩稳定较好,棚距0.8±
0.1m,塑料网铺顶铺帮,塑料网规格6.60m×
1.0m,扣扣相连,20公分系一扣,网铺平拉紧,板梁、木楔腰邦背顶,顶六帮四。
当围岩稳定性较差时,棚距0.6-0.8m,铁丝网铺顶铺帮,网规格6.60m×
0.9m,网压茬不小于10cm,用16#铁丝绑扎,网铺平拉紧,板梁、木楔腰邦背顶,顶六帮四。
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