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摘要:北翼膠帶運(yùn)輸大巷(東)強(qiáng)力皮帶采用中部驅(qū)動,驅(qū)動硐室設(shè)計在F16斷層附近,同時巷道中需要架設(shè)架空乘人裝置,巷道掘進(jìn)寬度需要9000mm,經(jīng)縝密分析與優(yōu)化設(shè)計,采用全新理念的支護(hù)形式,既保證了巷道的各項功能正常使用,又大大縮小了硐室的斷面尺寸,同時確保巷道的長期穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞:斷層應(yīng)力區(qū);大硐室;集成化;總分式
焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固(新鄉(xiāng))能源有限責(zé)任公司趙固一礦(以下簡稱“趙固一礦”)位于焦作煤田東部、太行山南麓,行政區(qū)劃隸屬輝縣市管轄,井田中心東南距新鄉(xiāng)市39km,西南距焦作市50km,東北至輝縣市17km。井田含煤面積43.77km2,總資源儲量3.73億t,可采儲量1.65億t。目前礦井剩余可采儲量1.38億噸,剩余服務(wù)年限為35.8a。礦井于2005年6月19日開工建設(shè),2009年5月10日正式竣工投產(chǎn),設(shè)計生產(chǎn)能力2.40Mt/a,服務(wù)年限49年,礦井2015年核定生產(chǎn)能力為3.00Mt/a。礦井可采煤層為二1煤,厚度1.21~7.10m,平均5.29m,傾角為2~6°,為低瓦斯礦井,煤層為不易自燃煤層,煤塵無爆炸危險性,水文地質(zhì)條件極復(fù)雜。
1工程概況
我礦目前生產(chǎn)盤區(qū)由東翼向北翼轉(zhuǎn)換,需要在北翼膠帶運(yùn)輸大巷(東)鋪設(shè)大功率強(qiáng)力皮帶,由于皮帶轉(zhuǎn)換點(diǎn)坡度較大,故此皮帶設(shè)計為中部驅(qū)動。同時北翼膠帶運(yùn)輸大巷(東)需要安裝架空乘人裝置運(yùn)輸人員,在滿足各種安全間距的情況下,皮帶中部驅(qū)動處要求巷道掘進(jìn)寬度需達(dá)到9000mm,支護(hù)難度極大,且后期維護(hù)困難,與此同時因?yàn)橄锏罃嗝婵缍却螅奥涔案叨雀?,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自建礦以來最大的巷道斷面,巷道無法長期穩(wěn)定。與此同時,皮帶中部驅(qū)動硐室位于F16斷層影響帶上,F(xiàn)16斷層為正斷層,落差45m,驅(qū)動硐室位于斷層上盤,距斷層面垂直距離約為50m,屬于應(yīng)力集中區(qū),后期巷道維護(hù)難度異常艱巨。針對這種位于斷層影響帶、應(yīng)力集中區(qū)的大斷面硐室,采用全新理念的支護(hù)形式,合理的空間安排布局保證了皮帶驅(qū)動及架空乘人裝置的正常使用,同時大大減小了硐室斷面,降低了支護(hù)難度,保證了硐室的長期穩(wěn)定。
2硐室設(shè)計理念
2.1硐室的集成化布置
北翼膠帶運(yùn)輸大巷(東)皮帶驅(qū)動硐室采取上下分層的布置方式,充分利用硐室上半部分空間,架空乘人裝置從皮帶驅(qū)動電機(jī)上方通過,大大減小巷道寬度,后期在皮帶電機(jī)上方鋪設(shè)行人鋼板,保證架空乘人裝置最下沿距底板(鋼板)不超過安全高度;上下分層的布置方式取消了機(jī)電硐室的施工,將皮帶機(jī)電設(shè)備布置在皮帶上方;驅(qū)動硐室以東小斷面巷道架棚后巷道高度為3800mm,驅(qū)動硐室架棚后巷道高度為5500mm,小斷面巷道頂板與驅(qū)動硐室頂板平齊,底板高于驅(qū)動硐室底板1.7m,與皮帶電機(jī)上方鋪設(shè)鋼板基本平齊,皮帶電機(jī)以西鋼板緩坡度接地,同時皮帶面從皮帶驅(qū)動向東可以完全沿巷道底板布置無需皮帶面在驅(qū)動處的隆起,有助于皮帶的運(yùn)行;根據(jù)皮帶驅(qū)動的具體功能,張緊跑車活動范圍與驅(qū)動電機(jī)段,根據(jù)功能不同,設(shè)備不同,巷道斷面也有所區(qū)分,張緊跑車段巷寬小于驅(qū)動電機(jī)段500mm,以兩個硐室南幫平齊,進(jìn)一步減小巷道斷面,增加硐室的穩(wěn)固性,皮帶驅(qū)動硐室總長度為54m,分為電機(jī)驅(qū)動部分與張緊跑車部分,其中電機(jī)驅(qū)動部分硐室長度為20m,位于驅(qū)動硐室東端頭,張緊跑車部分硐室長度為34m,位于驅(qū)動硐室西端頭。
2.2硐室的支護(hù)形式
北翼膠帶運(yùn)輸大巷(東)皮帶驅(qū)動硐室支護(hù)采用總分式的全新支護(hù)理念。
2.2.1總體支護(hù)2.2.1.1掘進(jìn)一次支護(hù)巷道斷面設(shè)計為半圓拱型斷面,1-1斷面(張緊跑車段)規(guī)格為凈寬6800mm,直墻高度2050mm。全斷面采用錨網(wǎng)索支護(hù),每排布置19根規(guī)格為φ17.8×4200mm錨索,間排距800×800mm,采用200×200×16mm鋼墊板,預(yù)緊力不低于200kN;頂板布置點(diǎn)錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),錨索規(guī)格φ21.6×8300mm,每排布置5根,間排距1500×800mm,頂板點(diǎn)錨索墊板采用300×300×16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板,預(yù)緊力不小于300kN;2-2斷面(驅(qū)動電機(jī)段)規(guī)格為凈寬7300mm,直墻高度2050mm。全斷面采用錨網(wǎng)索支護(hù),每排布置20根規(guī)格為φ17.8×4200mm錨索,間排距800×800mm,采用200×200×16mm鋼墊板,預(yù)緊力不低于200kN;頂板布置點(diǎn)錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),錨索規(guī)格φ21.6×8300mm,每排布置6根,間排距1500×800mm,頂板點(diǎn)錨索墊板采用300×300×16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板,預(yù)緊力不低于300kN。2.2.1.2架棚二次支護(hù)巷道掘進(jìn)工程結(jié)束后架設(shè)直墻半圓拱型封閉式U鋼棚,皮帶驅(qū)動電機(jī)部分架棚斷面規(guī)格為:6400×5500mm,皮帶張緊絞車部分架棚斷面規(guī)格為:5900×5500mm,驅(qū)動硐室向西與小斷面巷道結(jié)合處,底板平齊,采用漸變棚進(jìn)行對接,U鋼棚尺寸逐步減小,緩解大小棚結(jié)合處的應(yīng)力集中;U鋼棚施工結(jié)束后對包括U鋼底拱在內(nèi)全斷面進(jìn)行噴注漿施工,要求強(qiáng)度C20。注漿采用長短孔注漿法,深孔達(dá)到3.5m,淺孔為2.5m,淺孔注漿管規(guī)格為:φ25×800mm,深孔注漿管規(guī)格為:φ25×1500mm。注漿施工順序:先注淺孔,待淺孔注好后再注深孔。漿液用單液水泥漿,終孔壓力不小于2MPa且不大于2.5MPa,穩(wěn)壓時間不小于20min。充填U鋼棚裱褙空間,使U鋼棚與巷道圍巖形成一個整體,并且增加圍巖加固圈的厚度,從根本上提高硐室的穩(wěn)定性。
2.2.2分層支護(hù)除整體支護(hù)外,硐室斷面根據(jù)不同的特性分上中下三層,分別制定了相對應(yīng)的支護(hù)形式。2.2.2.1上層支護(hù)硐室頂板及肩窩,平行于巷道中線方向均勻打設(shè)6排槽鋼梁錨索,槽鋼梁錨索間排距1000×1500mm,槽鋼梁長度4500mm,錨索規(guī)格為φ21.6×10300mm;考慮到硐室頂板較高,后期出現(xiàn)噴漿體開裂現(xiàn)象時危害較大,又無法進(jìn)行審頂,所以提前在槽鋼梁與頂板間鋪設(shè)單層金屬焊網(wǎng),同時,待頂板槽鋼梁錨索錨固后,未上托盤預(yù)緊前,利用錨索孔進(jìn)行套管注漿,注漿管采用800mm長鋼管制作而成,外露長度50mm,采用水灰比為1:1的水泥漿進(jìn)行管內(nèi)注漿,終孔壓力2~2.5MPa,穩(wěn)壓時間不低于20min,從而進(jìn)一步增大圍巖注漿加固圈厚度,并對前期注漿進(jìn)一步強(qiáng)化。2.2.2.2中層支護(hù)硐室?guī)筒恐眽Σ糠质軅?cè)壓易變形,為防止皮帶驅(qū)動安裝后,硐室?guī)筒渴湛s變形,提前對直墻部分打設(shè)兩排加強(qiáng)槽鋼梁錨索,槽鋼梁長度4500mm,錨索規(guī)格為φ21.6×10300mm,預(yù)緊力不低于300kN,預(yù)緊后錨索外露長度150~250mm,下方一排距底板500mm,上方一排距底板2000mm。2.2.2.3下層支護(hù)硐室底板支護(hù)根據(jù)皮帶設(shè)備差異采用兩種支護(hù)形式,對于未設(shè)計皮帶基礎(chǔ)范圍,在設(shè)計底板以下300mm處施工橫向槽鋼梁鳥籠錨索,錨索規(guī)格:φ21.6×6300mm,并進(jìn)行孔內(nèi)注漿;對設(shè)計有皮帶基礎(chǔ)范圍,底板鳥籠錨索平行于巷道布置,直接打設(shè)在U鋼棚底拱上,避免影響基礎(chǔ)打設(shè)。鳥籠錨索錨固方式:預(yù)制具有一定流動性的混凝土,灌入錨索底端,用塑料管進(jìn)行搗實(shí)?;炷铃^固7天后進(jìn)行孔口注漿,然后預(yù)緊錨索,最后將錨索截至外露60mm。錨索角度:垂直底板打設(shè),要求底板錨索初次張拉達(dá)到260kN,預(yù)應(yīng)力損失完成后不低于200kN。待底板鳥籠錨索施工結(jié)束后,施工地坪,地坪厚度150mm,將錨索頭完全覆蓋。
3結(jié)論
膠帶巷兼做猴車運(yùn)輸巷能實(shí)現(xiàn)猴車不停歇運(yùn)輸?shù)耐瑫r,也避免了掘進(jìn)專用行人巷。猴車布置在膠帶大巷時,往往因?yàn)槠?qū)動范圍電機(jī)較寬猴車無法運(yùn)行。采用本設(shè)計內(nèi)容有效解決了膠帶巷兼做猴車運(yùn)輸巷時,猴車通過皮帶驅(qū)動時的難題。具有廣泛的適用性和良好的推廣型。對于大硐室支護(hù),本設(shè)計提出了全新的總分式全新支護(hù)形式,全方面、多維度、有針對性的對硐室內(nèi)的各部分進(jìn)行合理化支護(hù),并在實(shí)際運(yùn)用中取得了良好的效果,具備很高的借鑒價值。
作者:毛東 余飛 秦晨曦 單位:焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固(新鄉(xiāng))能源有限責(zé)任公司