柔性模板泵注混凝土在沿空留巷支护技术的应用.pdf
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1、2 0 1 0 年第 4 期 煤矿支护 柔性 模板泵注混 凝土在沿空留巷支护技术的应用 周金 城 冀 中能源峰峰 集团有 限公 司,河北 邯郸 0 5 6 1 0 7 摘要 以纤维布制作 的柔性模板 ,采用远距离、小流量混凝土输送泵,二者有机 结合起来应用于沿空留巷,实现沿空留巷机械化作业,为煤炭快速、高效生产奠定 基础,探索出生产准备 的新途径。 关键词 柔性模板混凝土输送泵 沿空留巷 1 柔性模板泵注混凝土支护技术 1 1 总体 设计 方案 柔性模板泵注混凝土支护技术是一种新 型沿空留巷支护技术。随着采煤工作面的推 进 ,紧跟回采工作面,在工作面端头支护效 应消失前,在单体支柱的掩护和支撑
2、下 ,在 巷旁支护的外侧用锚杆或点柱将柔性模板固 定 ,将可调节凝固时间、调节强度的自密实 混凝土泵入柔性模板,在 回采工作面后方采 空区与巷道之 间形成一道 密闭混凝土 连续 墙 ,弥补 回采造成的巷帮缺失 ,与原有巷内 支护及临时支护形成一个整体 ,共同承担采 动及其它压力 ,保护巷道稳定 ,隔绝瓦斯及 有害气体 ,防止采空区自然发火 ,使该巷用 于下一个工作面回采 。 1 2 支护特点 与纤维布柔性模板相 比,传统的刚性 模板存在以下问题:模板是开放型的,与顶 底板接触不严密,容易跑浆漏浆 ,不能实现 带压主动支护 ;模板充填难以接顶 ,影响支 护效果;采空区的内模板难以回收,经济成 本
3、高;安装模板劳动强度大,效率低,支模 复杂,需要大量的人力物力。相对而言,柔 性模板是软接触,可以适应任何复杂多变的 巷道形状 ;模板密闭性强 ,实现了混凝土带 压操作 ,克服了刚模存在的不足 ;采空区模 板易于回收;模板重量轻 ,安装模板的劳动 强度大大降低。 原普通长距离混凝土输送泵在巷道起 伏不平和下山路段输送混凝土料时,容易堵 塞管路 ,可靠性差 。本项 目开发 出了远距 离、小 流 量 混 凝 土 泵 ,输 送 距 离 超 过 l O 0 0 m,在巷道起伏不平条件下和下山输送 混凝土料时不堵塞管路 ,输送的可靠性大大 提高 ,解决了材料运输 问题 ,实现了充填机 械化 。远距 离、
4、小流量 混凝土泵 的开发成 功 ,解决了沿空留巷速度慢 ,限制工作面推 进速度,难 以实现安全 、快速、高效生产的 问题 。 采用柔性模板泵注混凝 土支护技术 , 一 次施工断面积 大,形成 的混凝 土整体性 好、强度高 ,机械化程度高 ,施工速度快 , 在经济效益上具有突出的优越性 。 2 试验工作面情况 依托工程位于冀中能源峰峰集团公司羊 渠河 矿 8 4 5 9野青煤 层 ( 4号煤 )工作 面 , 煤层厚度为 0 9 5 1 3 0 m,平均厚度 为 1 1 3 m,倾角为 2 1 8 。 ,埋 深 8 0 0 m。工作 面走 向长 9 5 4 m,倾斜长 1 2 1 5 m。煤层老顶
5、 为页岩,厚度 3 2 m;直接顶为石灰岩 ,厚 2 煤矿支护 2 0 1 0年第 4期 度1 3 m,质 地 坚 硬。地 压 为1 1 8 8 1 3 4 2 MP a ;煤层的硬度系数 f 值为 1 5 ,直 接顶为硬度 系数 f 值 为 8 ,直接底硬度系数 f 值为 5 6 。煤层 顶、底板 柱状如 图 1所 示 ,巷道断面如图 2所示。 一 状 鬈 J 一 一 一 2 1 f 一j 一 一 一 一 : 一 l _ 二 : 一 : 二j I + j j j 图 1 煤层顶底板柱状 图 2 巷道断面 3 柔性模板混凝土支护设计 3 1混凝 土厚 度设 计 ( 1 )支护体载荷计算 混凝土
6、支护体 载荷 采用英 国威 特克 的 “ 分离岩块法”计算,依据的是沿空巷道和 支护体上方一定范围内分离岩块的重量构成 了支护体载荷的理论。在该计算理论中,支 护体简化为构筑在顶板岩块质量的中心线位 置,并认为在支护体上,岩块在重力作用下 是静止的在其顶部及 两边 都没有力 的作 用 。该计算方法理论认为 ,巷旁支护带处于 未采动煤体的高压力区和 冒落矸石之间,是 一 个降压区,岩块一边 的采空区提供一个主 要 自由面因岩块呈层状 ,可能在一定高度 H上产生 离层 ,导致岩块沿煤 体 以 0角断 裂 ,进入完全 自由状态 ,成 为支护体 的载 荷 。8 4 5 9工作面的岩层平均倾角 a为 l
7、 0 。 , 简化计算模型时需考虑重力与支护结构之间 的夹角。分离岩块法支护体载荷力学计算模 型如图 3所示。对围岩失稳点取弯矩时,只 考虑 了冒落区岩石垂直于支护体方向的不利 分量 ,不考虑沿煤层分布方 向的有 利分量 ; 进行植筋设计时,则重新考虑沿煤层分布的 冒落岩石的重力分量。 图 3 支护体载荷力学模型 计算支护体载荷 q : a一 8 h t g O + 2 ( b + x + b c ) 一 X h ( b B +x +b ( : ) c o s O b B + 0 5 x 式 中:b n 一支 护 体 内 侧 到 煤 壁 的 距 离 , 3 1 5 m ; 支护体的宽度 ,0
8、8 m; b c 一支护体外侧悬顶距 。1 3 m; 一 岩块容重,2 6 6 k N m3 ; h 一采高 ,1 1 3 m; 剪切角,根据经验取 2 6 。 ; H一冒落高 度,根据 经验选取 4倍 采高,为 4 5 2 m。 经计算 ,支护体载荷为 7 4 5 k P a ,即厚 度 8 0 0 mm单位长度支护体载荷 5 9 6 k N。 ( 2 )支护体承载能力验算 混凝土支护体可视为轴心受压柱模型 , 可计算 出其厚度为 8 0 0 mm,混凝土强度等 2 0 1 0年第 4期 煤矿支护 3 级 C 。 ,支护体单位 长度的正截 面承载能力 为 5 1 8 4 k N,远 大于支
9、护体 的载荷 5 9 6 k N, 安全系数 8 7 ,因此支护结构安全 。 ( 3 )支护体整体稳定性验算 老空 冒落的矸石散落后 ,堆积在混凝土 墙式支护体的侧边,对混凝土连续整体式支 护体有一定的侧压力 ,经矸石侧压力 、倾覆 稳定性 、滑动稳定性 、支护体局部稳定性验 算,支护体均满足验算条件,满足 混凝 土的强度极限值 ,支护体结构整体稳定 。 3 2 柔 性模板 设计 3 2 1 柔性模板布结构 柔性模板受力结构 由柔性模板布、加筋 绳及拉筋三部分构成。混凝土充填在柔性模 板内,纵向加筋绳、横 向加筋绳及混凝土厚 度控制拉筋可以防止混凝土注人后对模板侧 向压力造成柔性模板变形 ,有
10、效增加柔性模 板布的抗拉强度 ,达到平衡柔性模板压力 , 控制厚度效果。 3 2 2 柔性模板布性能 柔性模板布性能参数见表 1 。 表 1 柔性模板布的性能参数 项目 性能参数 抗拉强度 T 2 0 0 0 N ( 5 0 ram) 1 W 1 9 0 0 T 3 1 3 延伸率 W 2 4 5 T 1 1 5 O 梯形撕裂强度 N W 1 2 2 0 顶破强度 N 5 4 5 0 刺破强度 N 1 5 0 垂直渗透 c m S - 1 4 2 1 0 3 3 2 3 柔性模板布强度设计 计算单位面积柔性模板布所承受的侧压 力 ;计算每个拉筋所需承受的拉力 ;计算柔 性模板布承受的拉力 。
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