采掘工程支护方案.docx
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采掘工程支护方案
保存单位:
编号:
NMGXG—YHJ—2016—07
内蒙古星光煤炭集团有限责任公司一号井
采掘工程支护设计方案
编制人:
赵银龙
编制日期:
2016年7月13日
采掘工程支护设计方案
一、采煤工作面顶板控制
(一)设计
1、采用类比法进行设计:
参考本矿或邻矿同煤层矿压观测资料,选择工作面矿压参数,最大平均支护强度884.07kN/m2。
2、工作面选用液压支架工作参数见下表。
工作面条件与支架适应条件对照表
项目
工作面条件
支架适应条件
采高
2.4m
1.4~2.8m
倾角
6°—8°
0~15°
煤厚
4---4.5m
4~5m
煤硬度
2---5.8
1-6.5
底板比压
0.45--1.12MPa
1.43Mpa
顶板种类
Ⅱ(e)类
3、支护强度计算
(1)、工作面合理支护强度
工作面支架支撑冒落带顶板岩层和顶煤的重量,并平衡基本顶失稳时对支架的动载,此基础原理的计算公式为:
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
式中:
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:
式中:
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
式中:
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。
则:
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
式中:
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
式中:
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
m
3.85
不含前伸梁的长度
支架中心距
mm
1500
支柱直径
mm
230
支柱数量
根
4
支柱提缸力
KN
48
移架步距
mm
800
支架工作阻力
KN
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
31.5
工作液
浓度2-3%
前伸梁行程
mm
800
(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
mm
支撑最小高度
mm
伸缩行程
mm
额定工作阻力
kN
额定工作液压
MPa
DZ28-25/100
2800
2000
800
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)
式中:
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=
式中:
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;
K—安全系数,一般取K=2;
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:
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×宽×厚=150×150×8mm。
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:
沙:
石子=1:
2:
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±2.0
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
≤
11
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ós/MPa
抗拉强度ób/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
(mm)
下底宽B4(mm)
净断面S1(m2)
掘进断面Sm(m2)
H
(mm)
B
(mm)
H1+H4
(mm)
L1
(mm)
L2
(mm)
A(°)
工
11
2000
2000
2700
4.7
5.7
2310
2920
2200
2300
2230
80
2200
2000
2770
5.2
6.3
2510
2980
2400
2300
2430
80
2200
2200
2970
5.7
6.8
2510
3130
2400
2500
2430
80
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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