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城郊煤矿正向台阶施工法在岩巷掘进中的应用
时间:2018-03-29    来源:河南能源化工集团

二水平南翼回风大巷巷道净宽为5200mm,毛断面扩至5600mm,巷道净高4400m,施工巷道高度约4600mm,巷道高度较高,迎面墙管理困难,并且在打下部眼和装下部药期间存在迎面墙容易片落等安全隐患。为更有利于迎面墙管理,降低迎面墙高度,解决打眼和装药期间迎面墙片帮以及减少人员登高作业带来的各种隐患,方便施工人员作业,提高工作效率,决定在二水平南翼回风大巷采用分层掘进的方法。

传统的岩巷掘进工作面,巷道一次成巷,巷道施工必须按照正常工序施工,即先施工上部,再施工帮部,如果人员充足,这样就可能造成人员的浪费,因为上部不做好,就不能施工帮部,能不能找到一种施工方法,上部施工不影响下部施工,上下部施工分次分阶段进行。

综上分析,在工程技术人员的共同讨论研究下,正向台阶施工法可有效解决上述问题,正向台阶施工法是一种分次施工法,将巷道分为上下部分施工,且上下部分分阶段施工,上台阶超前下台阶5~8m,在一个工班中,根据人员出勤情况,上下台阶可同时施工,也可单独施工上台阶,组织比较灵活,能够最大程度优化人力资源配置,提高劳动效率,降低劳动成本,增加施工安全系数。

施工方法:

1、二水平南翼回风大巷断面净宽5200mm,掘进宽度5600m,墙高1800mm,施工过程中上台阶高度3200mm,下台阶高度1400mm,上台阶超前下台阶5~8m,上下台阶平行施工,施工过程中根据现场实际情况随时调整上台阶及下台阶的高度,确保高度误差不得超过300mm。

2、巷道正常掘进时,采用正规循环作业的方式向前掘进施工,“上台阶:一掘一初喷一锚网,下台阶:一掘一初喷,初喷后暂不锚网,锚网支护滞后下部工作面不得超过4m(爆破前),且帮部锚网支护后不再喷浆”的作业方式。具体施工工艺如下:交接班→安全检查→施工炮眼(上下台阶同时施工)→装药爆破(先爆破下台阶,再爆破上台阶)→通风除尘→敲帮问顶→初喷、临时支护→出矸→顶部锚网(下部出矸→初喷帮部→帮部锚网)→清理。

3、考虑上台阶矸石高度影响,顶板支护锚杆每排不得少于8根,然后方可拆除前探梁进行下一道工序施工,上部眼施工结束后迎面墙不再采用柔性网进行防护,岩石破碎时打眼前可采用喷浆的方式封闭迎面墙。

4、耙装机距离工作面的距离为6~30m(最小距离按照下台阶计算,最远距离按上台阶计算);风筒距离工作面的距离不大于15m,煤巷或半煤岩巷不超过10m(按照上台阶迎面墙计算)。

5、如果上下台阶进度不一致,造成上台阶超前下台阶超出5~8m范围,可单独爆破上台阶或下台阶,保证上台阶超前下台阶5~15m即可。

6、拱基线以上的两根锚杆待下台阶爆破后施工,拱基线以上锚杆滞后下台阶迎面墙不超过1m(爆破前),拱基线以下锚杆滞后工作面不得超过4m(爆破前)。

7、为加强顶板管理,提高安全系数,上台阶施工过程中顶板3根锚索滞后上部迎面墙不得超过10m,肩窝锚索锚索滞后上部迎面墙不得超过15m,帮部锚索锚索滞后下部迎面墙不得超过15m。

爆破技术:正台阶施工法采用楔形掏槽法进行爆破,岩石稳定时掏槽眼垂深2400mm,其它眼垂深2200mm,岩石破碎时适当缩小循环进尺。炸药选用二级煤矿许用t-320型水胶炸药,规格为φ27×400mm、重330g/卷及φ27×200mm、重165g/卷两种,其中φ27×200mm炸药每个炮眼最多只能使用一卷。装药采用连续装药结构,雷管选用ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ段8号发蓝壳毫秒延期电雷管。

根据二水平南翼回风大巷正台阶施工爆破设计,一次起爆雷管个数小于50发时,采用串联连线方式起爆;一次起爆雷管个数大于50发时采用串并联连线方式起爆。

正规循环分析:对于每个工班,正向台阶施工法能够实现一个生产循环,对于正规循环作业分析,我们也以一个工班进行分析。根据附图2,在施工上台阶顶锚时,下台阶可进行耙矸、刷帮等帮部清理工作;在上部顶锚施工完毕,打上部炮眼时,人员可进行下台阶的帮部初喷及支护作业,根据各工序使用时间的不同,下台阶可以将下部炮眼一并施工。从上述分析可知,如果不分台阶施工,在施工顶锚,打上部炮眼时,不可能再对帮部进行锚网、喷浆,按照正常工序,上部不施工结束,即使有再充足的施工人员,也不能施工帮部。从正规循环作业图表上来看,对于每一个工班,至少可平行作业的时间约4小时,这些工序都是在耙装机前施工的,对于巷道掘进均是有效工序,而传统的一次成巷施工法,也会有平行作业,而那些平行作业,都是在耙装机后出出后巷的矸石,或者是打打水沟,对于提高正常掘进速度是没有多大效果的。

而如果出勤率低,施工人员不足的情况下,可单独放上部,这样后巷就不需要平行作业,人员可集中施工上部,然后再施工下部。这样就恢复到传统的施工工艺了,即使人员再少的情况下,也能完成上部台阶或下部台阶的施工作业,单独完成作业单元,因此,正向台阶施工法将整个作业对象分成两部分,人员充足,两部分同时施工,提高效率,人员不充足,可单独施工一部分。因此,正向台阶施工法在施工组织上比较灵活多变。

效益分析:

1、正向台阶施工法与我矿以往的分层掘进施工法有明显不同,正向台阶施工法是上下台阶同时向前施工,上台阶超前下台阶5~8m,时间上是同步的,空间上上台阶和下台阶有一定的距离。而传统的分层掘进,是上部先施工结束后,再施工下部,上下台阶施工不同步,时间和空间上均不同步。

2、对于净高为4200mm的巷道,将上台阶分为3200mm,下台阶1000mm,巷道高度降低,迎面墙管理难度下降,将工作面活矸活石找净后,迎面墙可不进行防护,即能满足施工安全要求。同时,上部高度降低,在施工上部炮眼过程中,不需要搭设专用平台,也能很方便施工上部炮眼,保证周边眼炮眼施工角度。

3、施工组织灵活,优化人力资源配置,提高劳动效率,加快巷道掘进速度。从上述分析可知,在实际施工过程中,可根据人员的多少,可同时施工上下部,也可单独施工上部,可使劳动力得到最有效的利用。另外,如果正常情况下,每工班将有4个小时可进行有效工序的平行作业,按照每班4人计算,每班节约4人×4时=16工时,则每班可多增加16工时劳动量。

4、由于二水平南翼回风大巷巷道压力较大,上下台阶错开施工,上台阶施工完毕后,下台阶可作为解放层对压力进行释放,经过压力释放后的下台阶,出现帮部片帮,聚帮等现象,将巷道扩刷至设计尺寸后,再喷浆锚网,可大大缓解巷道的变形,减少巷道返修次数。(永煤公司技术信息中心)

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