CN111502663A - 过应力集中区陷落柱掘进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采煤技术领域,具体涉及一种过应力集中区陷落柱掘进方法;包括以下步骤:(1)在顶板破碎区域注玛丽散使顶板及围岩保持完整性;(2)以“一个断面两次成型”的方式掘进,掘进时采用断面分开两次成型的方式掘进;(3)在机组中间运输机刮板安上装“铁齿”;(4)先支护,后掘进;(5)加强巷道矿压监测,增设顶板离层仪数量,设置围岩观测站;本发明安全有效的施工方法,有力的保证了工作面过陷落柱时的安全,避免了因为避开陷落柱而导致整个盘区布置的变化,所带来的整个盘区煤炭回采率的降低,减少了煤炭资源的浪费;过陷落柱的方法简单有效,经济科学,在本行业可推广和使用。
Description
技术领域
本发明涉及采煤技术领域,具体涉及一种过应力集中区陷落柱掘进方法。
背景技术
在采煤掘进中会遇陷落柱。陷落柱内主要为粗砂岩、细砂岩与灰色砂岩及砂质页岩互层、煤、粉砂岩,不含有水,胶结较差,陷落柱对正常掘进施工造成很大影响。如避开陷落柱改变掘进方向,必然导致前期巷道无法使用,给煤矿造成巨大的经济损失,同时还必须修改盘区设计方案,重新进行巷道布置,增加了盘区开拓成本,降低了煤炭回收率,间接经济损失巨大;另外处于应力集中区的陷落柱如果掘进工作面直接过陷落柱破碎带,如采取措施不当,可能会造成巷道发生冒顶事故,给矿井的安全生产带来不利影响,同时影响巷道掘进进度及巷道施工工期,对紧张的衔接更是雪上加霜。综上所述原因,权衡利弊,用科学有效的方法通过此陷落柱势在必行。
发明内容
本发明为解决现有采煤掘进中遇到处于应力集中区的陷落柱在掘进时,陷落柱对煤矿开采影响很大,破坏可采煤层、减少煤炭储量、降低采掘效率、妨碍机械化的使用等技术问题,提供一种过应力集中区陷落柱掘进方法。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:一种过应力集中区陷落柱掘进方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在顶板破碎区域注玛丽散使顶板及围岩保持完整性;
(2)以“一个断面两次成型”的方式掘进,即掘进时采用断面分开两次成型的方式掘进;
(3)在机组中间运输机刮板安上装“铁齿”,溜道刮板上用废旧锚杆焊接φ20mm×20mm的铁齿,每隔5根刮板,在刮板上错落焊接3个铁齿,铁齿将附在溜道底铁板上淤泥分开刨起,刮板将淤泥全部刮走;
(4)先支护,后掘进;掘进前在迎头距顶板300mm超前支护单点锚杆,然后巷道掘进断面,掘完过程中继掘进后施工单点锚杆作为临时支护,并及时支护帮锚杆;全断面形成后,按0.8米的间距上顶钢带,达到锚索支护距离按2.4米间距上顶锚索,锚索铁板采用500×500mm×10mm与250×250mm×16mm配合使用;在陷落柱及前后10m范围架设钢棚;
(5)加强巷道矿压监测,增设顶板离层仪数量,设置围岩观测站;采用GDW-300顶板离层仪对巷道进行顶板离层监测,每20米安装一台离层仪,定时定点对顶板进行严密观测;每隔20m在巷道设置一处围岩观测站,用卷尺对两帮、顶底板距离进行测量;对所有监测数据专人专项统计记录,以准确的数据分析巷道围岩变化情况。
进一步的,步骤(1)中注玛丽散孔深7米,孔顶端位置距顶板2米,迎头距顶板400mm位置,并排以间距1200mm,仰角20°施工钻孔,4个一组注玛丽散。
优选的,步骤(4)中的顶锚杆规格为Ф20mm×2000mmm左旋无纵筋螺纹钢锚杆;帮锚杆规格为Ф18mm×1700mmm左旋无纵筋螺纹钢锚杆;锚索规格为Ф17.8mm×7300mmm。
进一步的,所述步骤(4)架设钢棚的具体步骤为:
a、架工字钢棚前,先将巷道底部不够宽处进行扩帮处理,保证架棚岔角符合规定;
b、扩帮、清底完成后,用尺子量出柱窝位置, 将浮煤清理干净,柱窝凿平;
c、将工字钢棚腿竖在柱窝内,上好撑杆、防倒器,一帮一人将腿扶牢,防止腿倒伤人;
d、上梁合口时,一帮一人,将梁抬起,找准棚腿位置并上好;
e、用刹顶木和背板进行绞顶、背帮,将顶帮背严背实,同时在工字钢梁、棚腿上好拉杆;
f、宽帮、高顶处采用半圆木或道木打设“井” 字型木垛绞顶;
g、清理现场,进行下一循环;工字钢棚全部架设完后,统一对两帮棚腿进行硬化,使之成为一整体。
优选的,所述步骤(4)架设的钢棚采用4.2m长11#工字钢梁配29U型钢腿,棚腿搭接长度不低于0.6m,陷落柱前后10m范围棚距1.0m,陷落柱范围棚距1.2m;四路刹顶、三路背帮刹紧背牢,棚腿钻入实底 0.1m。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果:
本发明安全有效的施工方法,有力的保证了工作面过陷落柱时的安全,避免了因为避开陷落柱而导致整个盘区布置的变化,所带来的整个盘区煤炭回采率的降低,减少了煤炭资源的浪费;过顶板破碎区,通过小范围注玛丽散,有效维护住破碎的顶板。过陷落柱钢棚采用11#工字钢梁配29U型钢腿,缩小支护间距,增大锚索托板面积能顺利通过陷落柱,体现了选择支护型式的灵活性,为以后更好的设计支护提供了依据。
附图说明
图1为实施例1步骤(3)的机组中间运输机刮板改造示意图。
图中标记如下:
1-刮板,2-铁齿。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例以大同煤矿集团有限责任公司忻州窑矿为例:
忻州窑矿14-3#层东二盘区西翼回风巷全长1112米,在掘进至682米处遇陷落柱,根据地质科提供地质资料和超前物探探明情况,陷落柱呈不规则椭圆形,长轴91米,短轴64米,侵入巷道82米。陷落柱内主要为粗砂岩、细砂岩与灰色砂岩及砂质页岩互层、煤、粉砂岩,胶结较差,陷落角80°~85°。陷落柱对正常掘进施工造成很大影响,预计影响范围100米。本矿煤炭资源临近衰竭,衔接特别紧张,巷道已掘进682米,如避开陷落柱改变西翼回风巷掘进方向,必然导致前期巷道50米岩巷、632米煤巷及110米回风系统共计792米巷道无法使用,给本矿及集团公司造成巨大的经济损失,同时还必须修改盘区设计方案,重新进行巷道布置,增加了盘区开拓成本,降低了煤炭回收率,间接经济损失巨大;另外,14-3#层西翼回风巷位于忻州窑矿井田向斜轴部,属应力集中区如果掘进工作面直接过陷落柱破碎带。
采用如下步骤方法进行过应力集中区陷落柱掘进:
(1)在顶板破碎区域注玛丽散使顶板及围岩保持完整性。掘进巷道过陷落柱部分段受陷落柱影响,顶板破碎且围岩压力分布不均匀、无规律,在难以维护的顶板先提前在该处注入玛丽散使顶板及围岩保持完整性,然后再进行掘进施工。考虑顶板破碎程度,锚杆能锚固在完整稳定岩层中,设计注玛丽散孔深7米,孔顶端位置距顶板2米,迎头距顶板400mm位置,并排以间距1200mm,仰角20°施工钻孔,4个一组注玛丽散。实践证明,按此方法施工钻孔注玛丽散有效的控制了顶板破碎,巷道顺利通过了破碎区。
(2)以“一个断面两次成型”的方式掘进。西翼回风巷位于忻州窑矿井田向斜轴部,属应力集中区,进入陷落柱后,巷道岩层松软,顶板破碎不完整,掘进时采用断面分开两次成型的方式掘进,第一次由西帮向东帮掘进宽度3米,采取支护措施后扩掘第二次断面1.5米,这种掘进方式减小了顶板暴露面积,为安全通过陷落柱提供了可靠保障。
(3)机组中间运输机刮板安装“铁齿”,运输机上淤泥一扫而光。陷落柱岩性复杂,根据取样分析,岩体主要由白色粗砂岩、煤、细砂岩等混合物组合而成,受陷落柱牵引影响,上覆11#层8328采空区积水进入西翼回风巷,巷道内水与陷落柱混合,造成巷道积聚大量淤泥,淤泥进入机组溜道后,导致溜道不能正常运转,机组不能前行,为正常掘进造成很大困难。我们在溜道刮板上用废旧锚杆焊接φ20mm×20mm的铁齿,每隔5根刮板,在刮板上错落焊接3个铁齿,如图1所示。铁齿将附在溜道底铁板上淤泥分开刨起,刮板将淤泥全部刮走,保证了刮板输送机正常运转,机组正常掘进。
4、掘进在后、支护先行。掘进前在迎头距顶板300mm,向正前方以30°仰角施工5处超前支护单点锚杆,然后巷道由西帮向东帮掘进宽度3米的断面,距上钢带位置300mm左右垂直施工3根单点锚杆作为临时支护,西帮按0.8米间距及时打护帮支护;再扩掘剩下1.5米,掘完后同样施工单点锚杆作为临时支护,并及时支护帮锚杆;全断面形成后,按0.8米的间距上顶钢带,达到锚索支护距离按2.4米间距上顶锚索,锚索铁板采用500×500mm×10mm与250×250mm×16mm配合使用。顶锚杆规格:Ф20mm×2000mmm左旋无纵筋螺纹钢锚杆。帮锚杆规格:Ф18mm×1700mmm左旋无纵筋螺纹钢锚杆。锚索规格:Ф17.8mm×7300mmm。
陷落柱范围岩体松软,两帮支撑能力下降,顶帮支护不能完全支护在实体煤中,我们采用在陷落柱及前后10m范围架设11#工字钢梁与29U型棚腿相结合的钢棚这种被动支护方式来保证巷道安全掘进。
在陷落柱及前后10m范围架设钢棚
架棚顺序:
a架工字钢棚前,先将巷道底部不够宽处进行扩帮处理,保证架棚岔角符合规定。
b扩帮、清底完成后,用尺子量出柱窝位置, 将浮煤清理干净,柱窝凿平。
c将工字钢棚腿竖在柱窝内,上好撑杆、防倒器,一帮一人将腿扶牢,防止腿倒伤人。
d上梁合口时,一帮一人,将梁抬起,找准棚腿位置并上好。
e用刹顶木和背板进行绞顶、背帮,将顶帮背严背实,同时在工字钢梁、棚腿上好拉杆。
f宽帮、高顶处采用半圆木或道木打设“井” 字型木垛绞顶,保证棚梁接顶严实。
g清理现场,进行下一循环。
工字钢棚全部架设完后,统一对两帮棚腿进行硬化,使之成为一整体。
架棚技术要求:
钢棚采用4.2m长11#工字钢梁配29U型钢腿(2节),棚腿搭接长度不低于0.6m,陷落柱
前后10m范围棚距1.0m,陷落柱范围棚距1.2m,每个卡缆之间的螺栓必须拧紧,上齐拉杆。卡
缆间距误差≯+50 mm。
架棚质量要求:(1)巷道净宽误差:0~100mm,巷道净高误差:-30~100mm。(2)棚
间距误差不大于50mm,梁水平度不大于40mm,梁扭距不大于50mm,前倾后仰不大于1º。腿窝
深度不小于0.1m。
按此方法掘进、支护,保证了巷道顶板不会垮落,杜绝了冒顶事故的发生,确保了作业人员的安全。
(5)加强巷道矿压监测,增设顶板离层仪数量,设置围岩观测站。
采用GDW-300顶板离层仪对巷道进行顶板离层监测,每20米安装一台离层仪,每班由跟班干部定时定点对顶板进行严密观测;每隔20m在巷道设置一处围岩观测站,每班由跟班干部用卷尺对两帮、顶底板距离进行测量。对所有监测数据专人专项统计记录,以准确的数据分析巷道围岩变化情况。
为了准确对陷落柱范围内巷道矿压进行监测,巷道内每20 m 安装一处顶板离层仪,顶板离层仪型号为GDW-300。通过顶板离层仪对锚索锚固范围内岩层下沉情况的监测,可以有效反馈巷道顶板来压情况。离层仪观测要求: 陷落柱范围内,每班对顶板离层仪进行观测,观测离层值进行读数填报。
每班跟班干部对设置的围岩观测站进行顶底板高度、两帮宽度测量,并将测量数据交于队技术员,每天对测量数据进行比较分析,如发生较大变化及时调整支护方案。现已通过陷落柱,围岩观测数据均未发生变化。
除观测顶板离层仪、测力计外,每班跟班队干及安全员需对工字钢棚进行日常观测,主要观测内容包括观测是否出现顶板掉矸( 渣) 、棚梁( 腿) 松动、工字钢梁变形等来压现象,发现异常后及时汇报相关责任单位,并采取相应措施进行处理。
通过以上安全有效的施工方法,有力的保证了工作面过陷落柱时的安全。现在陷落柱已安全通过,未发生一起安全事故,工作面生产正常,没有发生一次影响生产的事故。14-3# 层东二盘区西翼回风巷陷落柱破碎带下的掘进巷道施工的成功完成,为忻州窑矿14-3#层东二盘区西翼开拓的顺利进行提供了保障,继而为忻州窑矿全年矿井采掘顺利衔接,全矿全年生产任务的完成奠定了基础, 并创造了巨大的经济效益。
经济效益:
1、使已掘东二盘区西翼回风巷共计792米巷道可继续使用,减少直接经济损失
792米×3000 元/ 米≈238万元;
2、避免了由于东二盘区西翼掘进方向的改变,而导致整个盘区布置的变化,所带来的整个盘区煤炭回采率的降低,减少了煤炭资源的浪费;
社会效益:
1、此次安全顺利通过陷落柱,为掘进巷道顺利通过类似地质构造提供了技术指导和借鉴经验。
2、过顶板破碎区,通过小范围注玛丽散,有效维护住破碎的顶板,这种经济有效的方法可借鉴推广。
3、过陷落柱钢棚采用11#工字钢梁配29U型钢腿,缩小支护间距,增大锚索托板面积能顺利通过陷落柱,体现了选择支护型式的灵活性,为以后更好的设计支护提供了依据。
4、此支护、掘进方式过陷落柱可作为过地质构造的参考应用材料。
陷落柱对煤矿开采影响很大,破坏可采煤层、减少煤炭储量、降低采掘效率、妨碍机械化的使用等,本发明过陷落柱的方法简单有效,经济科学,在本行业可推广和使用。
Claims (5)
1.一种过应力集中区陷落柱掘进方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在顶板破碎区域注玛丽散使顶板及围岩保持完整性;
(2)以“一个断面两次成型”的方式掘进,掘进时采用断面分开两次成型的方式掘进;
(3)在机组中间运输机刮板安上装“铁齿”,溜道刮板上用废旧锚杆焊接φ20mm×20mm的铁齿,每隔5根刮板,在刮板上错落焊接3个铁齿,铁齿将附在溜道底铁板上淤泥分开刨起,刮板将淤泥全部刮走;
(4)先支护,后掘进;掘进前在迎头距顶板300mm超前支护单点锚杆,然后巷道掘进断面,掘完过程中继掘进后施工单点锚杆作为临时支护,并及时支护帮锚杆;全断面形成后,按0.8米的间距上顶钢带,达到锚索支护距离按2.4米间距上顶锚索,锚索铁板采用500×500mm×10mm与250×250mm×16mm配合使用;在陷落柱及前后10m范围架设钢棚;
(5)加强巷道矿压监测,增设顶板离层仪数量,设置围岩观测站;采用GDW-300顶板离层仪对巷道进行顶板离层监测,每20米安装一台离层仪,定时定点对顶板进行严密观测;每隔20m在巷道设置一处围岩观测站,用卷尺对两帮、顶底板距离进行测量;对所有监测数据专人专项统计记录,以准确的数据分析巷道围岩变化情况。
2.根据权利要求1所述的过应力集中区陷落柱掘进方法,其特征在于,步骤(1)中注玛丽散孔深7米,孔顶端位置距顶板2米,迎头距顶板400mm位置,并排以间距1200mm,仰角20°施工钻孔,4个一组注玛丽散。
3.根据权利要求1所述的过应力集中区陷落柱掘进方法,其特征在于,步骤(4)中的顶锚杆规格为Ф20mm×2000mmm左旋无纵筋螺纹钢锚杆;帮锚杆规格为Ф18mm×1700mmm左旋无纵筋螺纹钢锚杆;锚索规格为Ф17.8mm×7300mmm。
4.根据权利要求1所述的过应力集中区陷落柱掘进方法,其特征在于,所述步骤(4)架设钢棚的具体步骤为:
a、架工字钢棚前,先将巷道底部不够宽处进行扩帮处理,保证架棚岔角符合规定;
b、扩帮、清底完成后,用尺子量出柱窝位置, 将浮煤清理干净,柱窝凿平;
c、将工字钢棚腿竖在柱窝内,上好撑杆、防倒器;
d、上梁合口时,一帮一人,将梁抬起,找准棚腿位置并上好;
e、用刹顶木和背板进行绞顶、背帮,将顶帮背严背实,同时在工字钢梁、棚腿上好拉杆;
f、宽帮、高顶处采用半圆木或道木打设“井” 字型木垛绞顶;
g、清理现场,进行下一循环;工字钢棚全部架设完后,统一对两帮棚腿进行硬化,使之成为一整体。
5.根据权利要求4所述的过应力集中区陷落柱掘进方法,其特征在于,所述步骤(4)架设的钢棚采用4.2m长11#工字钢梁配29U型钢腿,棚腿搭接长度不低于0.6m,陷落柱前后10m范围棚距1.0m,陷落柱范围棚距1.2m;四路刹顶、三路背帮刹紧背牢,棚腿钻入实底 0.1m。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 037003 xinpingwang mining area, Datong City, Shanxi Province Applicant after: Jinneng holding Coal Group Co.,Ltd. Address before: 037003 Wangxiao North Street, Xinping, Datong City, Shanxi Province Applicant before: Datong Coal Mine Group Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |