新型礦用充填鋼模板研制及應(yīng)用

張文萍

(山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西省太原市,030031)

新型礦用充填鋼模板研制及應(yīng)用

張文萍

(山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西省太原市,030031)

介紹了一種可伸縮式的新型充填鋼模板裝備和技術(shù),其可代替現(xiàn)有柔模支護(hù)技術(shù)。采用鋼模板支護(hù)技術(shù)可沿采空區(qū)留巷位置連續(xù)形成一個(gè)混凝土墻式支護(hù)結(jié)構(gòu),使巷道能夠及時(shí)支護(hù),降低了沿空留巷的費(fèi)用和勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)效率及施工速度,保證施工安全。

沿空留巷 混凝土墻體 充填鋼模板 鋼模板結(jié)構(gòu)

目前,大多數(shù)煤礦沿空留巷都采用柔模技術(shù)保留巷道,柔模技術(shù)要預(yù)先用纖維織物制作成柔性模袋,將模袋放置留巷的建墻位置,用混凝土泵將大流動(dòng)性混凝土充填到柔模袋中,利用柔模透水不透漿的特性,將多余的水分排出,降低水灰比,提高混凝土的支護(hù)強(qiáng)度,在留巷位置形成一個(gè)連續(xù)混凝土墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)。峰峰集團(tuán)大淑村礦402采煤工作面最初也采用柔模技術(shù)保留巷道,但柔膜技術(shù)費(fèi)用較高,施工中勞動(dòng)強(qiáng)度高。為了提高支護(hù)效率,降低支護(hù)成本及勞動(dòng)強(qiáng)度,設(shè)計(jì)了一種可伸縮式的鋼模板來代替柔模,形成充填墻體。緩解了采掘緊張局面,加快了接續(xù)能力,取得了良好的效果。

1 設(shè)計(jì)方案

峰峰集團(tuán)大淑村礦402采煤工作面沿空留巷的巷道高1.7 m,寬3.2 m,長400 m,采用整體剛性結(jié)構(gòu)的鋼模板進(jìn)行沿空留巷支護(hù)墻體的建墻。整體剛性結(jié)構(gòu)的鋼模板結(jié)構(gòu)如圖1所示,金屬鋼模板采用三面擋墻結(jié)構(gòu),為了適應(yīng)巷道的高度變化,三面擋墻均配有可伸縮擋板,伸縮形式為外伸縮結(jié)構(gòu),每側(cè)配有2根千斤頂并能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)調(diào)整。兩側(cè)伸縮擋板的前上端都配有注漿口,注漿口采用快換接頭形式,方便與注漿管路快速對接。底擋箱為金屬模板的主要承載部件,采用厚鋼板整體焊接結(jié)構(gòu)。前擋墻底部配有2根拉移千斤頂和鏈組,既可以與支架連接實(shí)現(xiàn)脫模,又可以通過單體支柱實(shí)現(xiàn)脫模。該金屬鋼模板最低高度1.1 m,最高高度1.75 m,有效容積4.95～8.12 m3。

鋼模板部分部件作用及特點(diǎn)如下:

(1)鎖緊螺栓。鎖緊螺栓是伸縮擋板與固定擋箱之間的連接緊固件,通過鎖緊螺栓,將伸縮擋板固定到固定擋箱上。

(2)伸縮擋板。伸縮擋板整體為焊接結(jié)構(gòu),左右兩邊完全對稱,前端頂部設(shè)計(jì)有注漿口,使用快換接頭形式,方便與注漿管路快速連接。頂部設(shè)計(jì)有一排連接孔,可以連接加高擋板實(shí)現(xiàn)接頂,也可以作為加強(qiáng)拉桿的連接孔,提高整個(gè)鋼模板的強(qiáng)度并適應(yīng)巷道高度變化的需求。中部下端兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)長孔,通過螺栓和壓板將伸縮擋板與固定擋箱緊固在一起,提高伸縮擋板的強(qiáng)度、消除擋板與固定箱之間的間隙。伸縮擋板頂端兩側(cè)設(shè)計(jì)有連接耳,與提升千斤頂?shù)幕钊麠U連接。伸縮擋板中部設(shè)計(jì)有閥座,與操作閥組連接,控制伸縮擋板的升降。

圖1 礦用充填鋼模板簡圖

(3)固定擋箱。該部件采用厚鋼板整體焊接結(jié)構(gòu),是整個(gè)鋼模板的基礎(chǔ)。型腔尺寸為3 m×1.1 m,外口稍大、高度稍低以便減小脫模阻力。每面擋墻上焊接一組限位塊,做為伸縮擋板的升降滑道。前端下部兩側(cè)擋墻設(shè)計(jì)有銷孔,連接拉移千斤頂實(shí)現(xiàn)脫模。前端底板上撬,可以減小脫模時(shí)的阻力。每邊底板上設(shè)計(jì)有耳板,提升千斤頂連接在耳板上。左右兩面擋墻上有兩排螺紋孔,前面擋墻上有一排螺紋孔,通過鎖緊螺栓,將伸縮擋板鎖緊。

(4)壓板組件。壓板組件是固定擋箱與升降擋板的連接件,使用壓板組件,不但可以提高鋼模板的強(qiáng)度,還可以消除固定擋箱與升降板的間隙,并將伸縮擋板鎖緊。

(5)注漿口。在左右擋板的前端上部設(shè)計(jì)有注漿口,通過該口與注漿管路連接,向鋼模板內(nèi)充填混凝土料漿。另一側(cè)的注漿口用堵頭封堵,防止漏漿。

(6)提升千斤頂。提升千斤頂是實(shí)現(xiàn)伸縮擋板升降的驅(qū)動(dòng)部件。該鋼模板共有6根提升千斤頂,每面擋墻布置2根,分別與伸縮擋板和固定擋箱上的耳板相連。

(7)密封滑塊。密封滑塊為U型結(jié)構(gòu),封堵伸縮擋板間的縫隙。配備了兩套5種規(guī)格的滑塊,根據(jù)不同巷道高度,選擇合適的密封滑塊。

(8)拉移千斤頂。拉移千斤頂是鋼模板脫模的驅(qū)動(dòng)部件。在鋼模板固定擋箱前端,布置2根拉移千斤頂,分別連接在固定擋箱兩面?zhèn)劝宓南虏?距離中心地面高200 mm,通過十字頭實(shí)現(xiàn)上下左右調(diào)整。鋼模板脫模有兩種方法,一種方法是將十字頭、拉移千斤頂、鏈環(huán)卡、鏈條和錨固座連接在一起,在錨固座上打點(diǎn)柱壓緊錨固座,以此為支點(diǎn)向前拉移鋼模板,千斤頂油缸收縮,實(shí)現(xiàn)脫模;另一種方式是將拉移千斤頂?shù)牧硪欢酥苯舆B在端頭支架底座上,以支架為支點(diǎn),千斤頂油缸收縮,實(shí)現(xiàn)脫模。

(9)鏈環(huán)卡頭。鏈環(huán)卡頭是拉移千斤頂與鏈環(huán)的連接件,鏈環(huán)卡頭將拉移千斤頂與鏈環(huán)連接在一起。

(10)拉移鏈條。鏈條規(guī)格為26 mm×92 mm,是鏈環(huán)卡頭與錨固座的連接件,端頭支架通過鏈條向前拉移鋼模板。

(11)錨固座。錨固座是鏈條與端頭支架的連接件,同時(shí)還是支護(hù)支柱的底座,拉移千斤頂拉移時(shí)的支點(diǎn)。錨固座將鏈條與端頭支架連接在一起。

(12)拉桿。拉桿是左右伸縮擋板的連接桿,通過拉桿提高鋼模板的強(qiáng)度,防止其在充填料漿時(shí)變形。

鋼模板的伸縮板升降及拉移千斤頂?shù)纳炜s由液壓系統(tǒng)控制,其與液壓支架的控制系統(tǒng)相同,主要組成由操作閥組、單向鎖、管路等組成。通過操作液壓系統(tǒng)的操作閥組,實(shí)現(xiàn)各千斤頂?shù)碾p向動(dòng)作。通過單向鎖的鎖緊功能,將油缸鎖緊,保證油缸的伸出高度不變。

2 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

沿空留巷工藝和設(shè)備經(jīng)過幾十年的優(yōu)化和改進(jìn),如今已經(jīng)有了比較理想的思路和方法。該新型鋼模板,在適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝保證下能夠滿足用戶需要,其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:

(1)鋼模板采用伸縮結(jié)構(gòu),對巷道的高低變化適應(yīng)性很強(qiáng)。

(2)伸縮擋板間的縫隙通過專用的密封滑塊封堵,模板腔體內(nèi)襯一層薄膜可有效防止?jié){液外漏。

(3)鋼模板內(nèi)可襯一層低強(qiáng)度的編織袋解決密封和接頂問題。

(4)鋼模板采用微開喇叭口形式,非常有利于脫模。

(5)注漿口采用快換接頭形式,方便與注漿管路的快速連接。同時(shí),注漿口進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)低位注漿和高位注漿的不同需求。

(6)鋼模板是一種可重復(fù)使用的砌墻工具,替代價(jià)格較貴的柔模,經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性較好。

(7)鋼模板支護(hù)與端頭支架同步推進(jìn),使建墻速度提高,加快采煤工作面的推進(jìn)速度,完整保留巷道,節(jié)約掘進(jìn)成本,提高采煤生產(chǎn)率。

3 應(yīng)用實(shí)例及推廣價(jià)值

新型鋼模板在大淑村礦402工作面的沿空留巷(下巷)中安裝試用,用以施工沿空留巷一側(cè)的墻體。由于鋼模板可以通過調(diào)整可伸縮擋板,適應(yīng)不同高度的巷道,使沿空留巷的防護(hù)墻可以一次成型。鋼模板安裝在機(jī)頭第一支架后面。支架與鋼模板之間用26 mm×92 mm的長鏈條連接,鋼模板成墻工藝過程主要包括調(diào)試、支護(hù)、充填注漿、脫模4部分。鋼模板在巷道的布置如圖2所示。

圖2 鋼模板布置示意圖

(1)調(diào)試。首先操縱鋼模板的操作手柄將三面伸縮擋板調(diào)高約100 mm,選擇合適的密封滑塊進(jìn)行安裝。再次操縱該手柄將三面伸縮擋板調(diào)整到合適高度,用螺栓鎖緊,安裝三面伸縮擋板上的壓板并鎖緊,以消除伸縮擋板與固定擋箱之間的間隙。非注漿側(cè)的接口用堵頭封堵,堵頭與鋼模板內(nèi)壁對齊,并用限位螺栓鎖緊。將鋼模板內(nèi)腔鋪好保護(hù)薄膜,方便鋼模板脫模。

(2)支護(hù)。為有效防止混凝土產(chǎn)生的側(cè)壓力使鋼模板漲變形,影響墻體外觀,鋼模板后端采用了開口式,在鋼模板的前端布置1個(gè)臨時(shí)支柱,兩側(cè)分別布置2～3個(gè)臨時(shí)支柱。臨時(shí)支柱與鋼模板間用合適的短木樁撐緊,每個(gè)臨時(shí)支柱上最少需要布置2個(gè)支撐木樁,上下端各1個(gè),保證受力均勻。

(3)注漿。地面專門生產(chǎn)線按設(shè)計(jì)要求配比生產(chǎn)出的充填材料,由充填泵經(jīng)充填管路送至鋼模板內(nèi),充填料漿在鋼模板內(nèi)自然流平密實(shí),充滿后自然養(yǎng)護(hù)。注漿結(jié)束應(yīng)清理干凈注漿口內(nèi)的混凝土,防止影響脫模操作。

(4)脫模。達(dá)到脫模要求后,首先應(yīng)將臨時(shí)支柱與鋼模板間的支撐木樁拆除,松開固定擋箱滑道上的所有鎖緊螺栓,拆除伸縮擋板上的全部鎖緊螺栓和壓板。操縱鋼模板的操作手柄將伸縮擋板降至最低位置,并回收密封滑塊。拆除鋼模板前端的臨時(shí)支柱,拉移千斤頂?shù)牧硪欢伺c端頭支架保持相連,同時(shí)操縱手柄使拉移千斤頂活塞桿回收,鋼模板與混凝土墻漸漸脫開。一般至少需要3個(gè)循環(huán)伸縮拉移千斤頂才能完成脫模。脫模后鋼模板與混凝土墻應(yīng)保留有100 mm的重合度并及時(shí)清理模板內(nèi)壁以滿足下次注漿的需要,最后拆除兩側(cè)的臨時(shí)支柱。

該鋼模板在大淑村礦402工作面經(jīng)過3個(gè)多月的運(yùn)行,取得了較好的成績,期間完成400 m的混凝土墻體,設(shè)備使用正常。由于節(jié)省了原先的柔模袋,從而大幅度降低了生產(chǎn)成本,與原來的柔模注漿相比,共節(jié)約了23.46萬元。截至2014年8月,該新型礦用充填鋼模板在峰峰集團(tuán)大淑村礦402工作面投入使用以來,已成功完成了1000 m的沿空留巷支護(hù),有效降低了保留巷道的成本。鋼模板的強(qiáng)度高、適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單、安全可靠,為煤礦安全、高效生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,對建設(shè)綠色礦山起到很大的促進(jìn)作用,具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

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(責(zé)任編輯 張毅玲)

Development and application of a new type of mine-used filling steel formwork

Zhang Wenping
(Shanxi Vocational and Technical College of Coal,Taiyuan,Shanxi 030031,China)

The author introduced a new extension type of filling steel formwork equipment and technology,which could replace existing flexible support technology.With the new technology,a continuous concrete wall type support structure would be formed in the location of gob-side entry retaining to provide timely support.It could decrease the maintenance cost and the labor intensity of gob-side entry retaining and improve the production efficiency and construction speed; at the same time,it could ensure the safety in construction.

gob-side entry retaining,concrete wall,filling steel formwork,steel formwork structure

TD 353

A

張文萍(1963－),女,山西臨汾人,講師,研究方向?yàn)槊旱V機(jī)械自動(dòng)化。