锚杆钢筋网喷射混凝土支护在煤仓施工中的应用.pdf

江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S C I ENCE & TECHNOLOGY 2 0 1 1年 第 l期 N0． 1 2 0 1 1 锚杆钢筋网喷射混凝土支护在煤仓旋工【 l 】 的应用 张庆 德 ( 鹤岗分公 司南 山煤矿 ， 黑龙江 鹤 岗 1 5 4 1 0 4 ) 摘 要： 介绍了在 中等稳定围岩条件下 ， 采用锚 网喷联合支护技术施工大垂 高、 大容量煤仓 的实例 ． 论述了该技术 的优点 及 支护效果 ， 通过 i 0 0 0 t 煤仓施工 ， 证明该技 术的采用是合理的 。 关键 词： 煤 仓 ； 锚网喷 ； 联合支护 中圈分类号 ： T D3 5 3 ． 5 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 6 —2 5 7 2 ( 2 0 1 1 ) 0 1 —0 0 3 1 ～0 2 Ap p l i c a t i o n o f Co mb i n e d S u p p o r t Us i n g S ho t c r e t e a n d Bo l t i n g W i r e M e s h i n Co n s t r u c t i o n o f Co a l Bu n ke r Zh a n g Qi n g d e ( Na n s h a n C o l l i e r y ，He g a n g B r a n c h ，L o n g ma y Mi n i n g Gr o u p C o ． ，L t d ，He g a n g ，He i l o n g j i a n g 1 5 4 1 0 4 ) Ab s t r a c t ：By u s i n g t h e e x a mp l e o f c o n s t r u c t i n g b u n ke r o f b i g v e r t i c a l he i g h t a n d h i g h c a p a c i t y wi t h c o mb i n e d s u p p o r t u s i n g s h o t c r e t e a n d b o l t i n g wi r e me s h i n t h e c o n d i t i o n o f mo d e r a t e l y -- s t a b l e s u r r o u n d i n g r o c k，t h e a n — t h o r d e mo n s t r a t e s t h e a d v a n t a ge s a n d s u p p o r t i n g e f f e c t s o f t h e t e c h n o l o g y，wh i c h p r o v e s t o b e a p pl i e d r a t i o n a l l y i n c o n s t r u c t i o n o f l 0 0 0 t c o a l bu n k e r ． Ke y wo r d s ： c o a l bu n k e r ； u s i ng s h o t c r e t e a n d b o l t i n g wi r e me s h； c o mb i n e d s u p p o r t O 引 言 北五外 1 5层综放面走 向 6 5 0 m， 倾斜 1 1 2 m， 煤厚 1 4 m～1 5 m， 兹面年产量达 2 0 0万 t ， 为 了简化 工作 面运输系 统 ， 减少运输环节 ， 在工作 面运输机道外侧 一9 6 ． 9 m 与 一 1 8 0 m标高的主机道 ， 新设计施工垂高 8 0 ． I m、 净直径 5 m 的大容量立式煤仓 ， 使工作面运输系统 由原来 的四段运输 改为两段运输 ， 为工作面安全高效创 造了条件 。 1 煤仓地质情况和应 力分析 置 。在底板岩石集 中机巷 迎头 正穿顶板 施工 反眼 至煤层 顶板 ， 再分别沿 六 、 六：煤 层顶 板各施工 一条 开切斜 巷与 风巷贯通。 3双 层 支 架 采 煤 法技 术要 点 1 )工作 面双层掩护支架 回采 同单掩 护支架 回采 相 比 较 ， 关键是控制好顶板采面与底板采 面的回采关 系， 3 2 6 1 7 采 面 在 回采 中 ， 采 用 两 个 架 子 面 迈 步 式 回 采 推 进 ， 即 顶 板 架子面推进始终超前底板架子 面， 且 保持超前距离 不少于 5 m， 一般两个架子面平距保持在 1 0 m～1 5 m之间迈步推 进 。 2 )因机巷只施工一条底板煤层机巷 ， 故两个架子面推 进时 ， 底板采面架子 尾直接 落机巷 ； 顶板采 面沿煤 层机巷 每隔 2 0 m需开一条下煤斜巷 ． 架子尾沿下煤斜巷推进 。 3 )回采 中， 顶分层 采面紧跟煤层 顶板采煤 落架 、 底分 层采面紧跟煤层底 板落架 ； 顶、 底分层 采 面均不 得放顶底 煤 ， 且严 格控制好 顶板 ， 防止 窜矸 ． 尽 可能保持顶 、 底板 的 完整性 ， 使顶 、 底分层采面支架之 间留有足够厚 的煤墙 。 4 ) 顶 、 底分层 采 面伪斜坡 度要一致 ， 整个掩 护支架 面 要尽量采成一 条直线 ， 以达 到架子各 点受力 均匀 、 法 线问 距一致。两个架 子 面不能 同时 回采 ， 即交 替 回采 ， 一般 每 推进四个循环 ( 采面从机巷开 口子始至 采点采到风巷变坡 点为一个循环) 进行一 次交替 ， 以避 免两个 采 面问的应力 叠 加 。 5 )工作 面顶分层掩护支架顶梁靠 紧顶板 ， 底分层掩护 支架下肢靠紧底 板 ， 底分 层掩 护支架 须尽 量 卧平 ， 减少顶 板 暴露 面。通常顶板暴露面积 越大 ， 越容 易造成顶板垮落 窜矸 ， 尤其是底板掩护支架 面顶板为 复合顶板 ， 岩性破碎 、 极 易垮落 ， 故应减少顶板暴露 面。 6 )当煤层厚度缩小 ， 两个架 子面间的煤墙垛子达不到 3 m时 ， 拆掉一组分层掩护支架 ， 采用单 架回采 。若煤 墙垛 子达不到 3 m， 势必导致底分层架 子面复合顶板破碎、 煤墙 垮落 ， 使架子面与采空 区沟通 ， 故必 须拆 除一 组掩护支架 。 其它技术要求同单掩 护支架采煤方法 。 作者简介 ： 戴炳 旺( 1 9 6 8 一) ， 男 ， 江西 浮梁人 ， 大学本科学历 ． 工程 师 ， 现任江西仙槎煤业有限公司副总经理兼 总工 程师 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 —1 1 —1 1 编辑 ： 叶忠群 3 1 该煤仓距地表 4 1 6 ． 9 m， 煤仓上 门仓体布置在距 1 8 层底板 1 O m 以下 的岩层 中， 岩 以粉砂岩 、 砂 质页岩 、 页 岩 等中等稳定的岩层 为主． 仓 体部分需穿过厚度 1 ． 0 m 的 2 O 煤层 和厚度 2 ． 5 m 的 2 1 煤 层 ， 煤 仓下缩 口 5 m及给 煤机硐室拱顶部分在 2 1 煤层底 板下的砂岩 中， 煤仓 围岩 稳定 ， 构造简 单 ， 无断层 、 无水 患 威胁 ． 对施 工 较 为有利 。 煤仓的受力主要来 自围岩的 自重 和侧压 ， 由于硐室距地表 较深 ， 矿 压显现 明显， 侧 压较大 ， 加之煤仓垂 高较 大 ， 传统 的锚及喷射混凝土支护已不能适应 。 2 煤仓 支护结构方案 的选择 该煤仓为 1 5 、 1 8 煤层联 合布 置 ， 服 务年限 6年 ， 有 三种支护结构 方案 ， 即素 混凝土 砌碹支 护结构 、 钢 筋混凝 土砌碹支护结构 、 锚网喷射混凝土支护结构 。 根据 以上三 种支护 的特点 ， 综合 分析 比较 ， 选择具 有 结构效果 好 、 施工 安全 、 质量稳定 、 施 工速 度快 、 工 期短等 优点的锚 网喷射 混凝 土支 护结构 方 案 ， 它简 化 了施工 工 艺 、 缩短 了工期 、 施工安全可靠 ， 能充分发 挥围岩的承载能 力 ， 且使仓壁具有一定的柔性 ， 同时有 效地防止喷层剥落 、 围岩 片 帮 。 3 锚杆主要参数 的选择 1 )锚 杆 长 度 ： L—N( 1 ． 3 + W／ 1 0 ) 式 中： w一硐室跨 度， 5 ． 2 m； L一锚杆长度， m； N一围岩影响系数 ， Ⅲ类围岩 N取 1 ． 0 。 经计算得 ： L=1 X( 1 | 3 5 ． 2 ／ 1 0 ) =1 ． 8 2 m， 锚杆长度 取 2 ． 0 m。 2 )锚 杆 间距 ： M≤ 0 ． 5 L； M≤ 0 ． 5 2 =1 ． 0 m。 3 )锚杆直径 ： d =L ／ 1 1 0， d 一2 0 0 0 m／ 1 1 0 =1 8 ． 1 8 mm。 锚杆直径 d取 2 0 mm。 4其它参数和材料 的选择 1 )锚 杆 杆 体 锚杆杆体选择 2 0 Mn S i 左旋 无纵筋 螺纹钢锚 杆 ， 采用 树脂锚 固剂 ， 锚 固长度 5 0 0 mm 的端头锚 固方式。 2 )锚杆螺母和托盘 锚杆螺母选用快速安装 扭矩螺母 。托盘选择 2 0 Mn S i 材质 ， 1 2 0 mmX1 2 0 mmX 8 mm 蝶形托盘 ， 以使 得锚杆支 护 力系中锚杆、 螺母 、 托盘充分合 理地匹配 ， 使支护强 度充 分 得 以发 挥 。 3 )金 属 网 考虑煤仓的稳定性主要受 围岩的 自重 、 侧压及 围岩水 平 应力 的影响 ， 在最大水 平应力 作用 下 ， 煤仓周 围易发生 剪 切破坏 ， 出现错动 、 松动而膨胀 造成 围岩变形损坏 ， 仓体 锚 杆和钢筋网的作用是 约束其 沿轴 向岩 层膨胀 和垂直轴 向的岩层剪切错动， 使其与锚杆形成框架 。因此要求金属 网强度大 、 刚性 大 ， 故而 选 辟 I 冷 拔 中6 mm钢 筋网 ， 规格为 3 2 2 0 0 0 mm1 0 0 0 mm、 网格 为 5 0 mm5 0 mm。 4 )喷射混凝土 喷射 混 凝 土 配合 比为 ： 水 泥 ： 砂 子 ：石子 一1：2：2 。 选 择 3 2 ． 5号 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ， 砂 子 为 中砂 ． 石 子 粒 径 5 mm～ 2 5 ram， 喷 射 料 中 加 速 凝 剂 ， 用 量 为 水 泥 用 量 的 2 ， 设计喷射混凝土标号为 C 2 0 。 喷厚的计算 ： h ≥ 3 d o 式中： d o 一骨料直径 ； h ≥ 3 2 5 — 7 5 mm。 考虑喷射混凝土主要是封闭岩体、 锚 杆和金属 网的外 露部分 ， 防止岩 体风 化和支 护材 料锈蚀 ， 因此 喷厚 选 1 0 0 mm。 5施 工 过 程 和 方 法 首先用 ML反井钻机 ， 钻出 1 ． 2 m钻孔 ， 然后 自上 而 下进行刷大 ， 达到设计断面直径 5 ． 2 m为止 ， 循环进度 1 ． 0 m， 每循环一锚 ， 锚杆排间距各 1 ． 0 m， 五花布置 ， 每两循环 进行挂 网喷碹 ， 刷大断面采 用光面爆破 ， 有利于锚 网支护 ， 金属 网全断面敷挂 ， 网问搭接 5 0 mm， 采用 1 2 铁线联接 ， 每隔 3 0 0 mm连接一道 ， 以保持仓 体内金属网的整体性。 刷大仓体岩石在煤仓下 口设置 3 O k w 耙斗 装岩机装 巷 出货 。煤仓 剖面见 图 1 。 图 1煤仓 剖 面示 薏 图 6 结 束 语 1 )该煤仓是南山矿首次采用锚 网喷联合支护技术 ， 施 工的第 一个垂高 达 8 O ． 1 m， 净直径 5 m 的大容量 圆形 煤 仓 ， 煤仓投用使用后 ， 经观测 ， 仓体结构无变形 、 破 裂现象 ， 说明该方案在技术 上是合理 的 ， 方法上 是可行 的 ， 产生 了 显著的经济效益 。 2 )采用锚 网喷联合 支护施工煤仓 ， 施 工速度快 、 效 率 高 。与其它支护方式相 比， 施工工期可以提前 3 O天左右。 3 )减轻 了工人劳动强度 ， 降低 了施 工难度 ， 改善 了安 全施工环境 ， 节约了支护费用 。 作者简介 ： 张庆德( 1 9 7 0 一) ， 男 ， 工程师 ， 本科学历 ， 现在鹤岗分公 司南山煤矿从 事生产技术管理工作 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 —0 9 —1 2 编辑 ： 叶忠群