柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)研究與應(yīng)用

劉英明

摘 要：本文結(jié)合榆家梁煤礦52403工作面回風(fēng)順槽實(shí)際工程情況，詳細(xì)介紹了柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)的支護(hù)方式、施工方法及技術(shù)措施，并做出經(jīng)濟(jì)效益分析，對(duì)柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)的進(jìn)一步推廣具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：柔模；沿空留巷；技術(shù)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TD263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）17-0134-03

在沿空留巷支護(hù)方案中柔模支護(hù)技術(shù)是目前比較廣泛應(yīng)用的支護(hù)方式一項(xiàng)國(guó)內(nèi)外比較先進(jìn)的支護(hù)方案，柔模支護(hù)的本質(zhì)是在進(jìn)行沿空留巷時(shí)，利用柔模支護(hù)技術(shù)在巷道采空區(qū)一側(cè)形成一個(gè)具有較好密封性和穩(wěn)定性的巷旁支護(hù)體，防止采空區(qū)瓦斯涌入巷道，保證礦井的通風(fēng)要求和留巷的圍巖穩(wěn)定性，進(jìn)而確保礦井安全，提高煤炭回采率。

施工中使用的柔模實(shí)際為纖維材料制作而成的柔性模板，類(lèi)似于柔模通過(guò)相對(duì)較短的錨桿和鋼筋網(wǎng)固定在施工巷道的外側(cè)，柔模具有透水不透混凝土漿的特性，這樣便可以將多余的水分排到柔模袋外面，增加袋內(nèi)混凝土的強(qiáng)度，柔模支護(hù)與普通的混凝土噴射工藝相比具有支護(hù)厚度大、支護(hù)強(qiáng)度高、施工速度快、施工成本低等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化煤礦企業(yè)中。下文筆者將結(jié)合榆家梁52403工作面實(shí)際工程狀況，詳細(xì)介紹柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)施工方案及工藝。

1 工作面概況

52403工作面位于榆家梁井田東南部，工作面北部為52煤回風(fēng)、膠運(yùn)及輔運(yùn)三條大巷，南部為井田邊界及燕溝扶貧煤礦52煤老塘，西部為52402備采工作面，東部為52404綜采工作面采空區(qū)；工作面切眼672m向北上覆為43煤43310工作面及43310旺采采空塌陷區(qū)，層間距58-64m。52403綜采面長(zhǎng)280m，推進(jìn)長(zhǎng)度2053.4m，可采面積574952m2，可采儲(chǔ)量270萬(wàn)t，工作面回采率為93%。預(yù)計(jì)工作面正常涌水量為20m3/h，最大涌水量為100m3/h；工作面內(nèi)排水能力以不小于100m3/h設(shè)防。52403綜采面煤層厚度3.10-4.67m，平均厚度3.70m，局部有一層夾矸，夾矸巖性為灰色泥巖，厚度0.05-0.10m；煤厚變異系數(shù)5.5%，可采性指數(shù)1，為穩(wěn)定煤層。工作面老頂為粉砂巖及中粒砂巖，厚度約為18.8-19.2m，灰色及灰白色，泥質(zhì)膠結(jié)，水平層理。直接頂為泥巖，厚度約為1.1-1.3m，黑灰色，塊狀，結(jié)構(gòu)致密，含炭屑，直接底為粉砂巖。

在52403綜采工作面回采期間，采用柔?；炷裂乜樟粝锏姆绞?，將52403回風(fēng)順槽保留下來(lái)作為52402綜采工作面的運(yùn)輸順槽。綜合考慮相鄰工作面的礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)和砼墻經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)計(jì)算在52403回風(fēng)順槽正幫側(cè)施工1m厚（切眼至進(jìn)入43煤位置，約670m）、1.2m厚（進(jìn)入43煤后，約1418m）、3.5-3.7m高的柔?；炷翂?，施工至52403回撤通道口處，共計(jì)留巷2087.6m。

2 巷道支護(hù)方式

2.1 巷道參數(shù)

52403回風(fēng)順槽原寬度5.5m、設(shè)計(jì)留巷寬度4.8m，高3.5 -3.7m，留巷長(zhǎng)度2087.6m。

2.2 巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)頂部采用全斷面鋼筋網(wǎng)+螺紋鋼錨桿+錨索的支護(hù)方式，正幫采用一茬雙層1.8m寬塑料網(wǎng)+玻璃鋼錨桿的支護(hù)方式，副幫采用一茬雙層2.2m寬塑料網(wǎng)+玻璃鋼錨桿的支護(hù)方式。各部位支護(hù)參數(shù)如下：

頂部：錨桿5套/m，錨索3套/2m；正幫：一茬1.8m寬塑料網(wǎng)，錨桿“五花”布置，3套/1.5m；副幫：一茬2.2m寬塑料網(wǎng)，錨桿“五花”布置，3套/1.5m。

支護(hù)材料規(guī)格：Φ18×2100mm螺紋鋼錨桿、Φ6.5×1100×5200mm鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)孔120×120mm）、Φ22×8000mm錨索、8×140×4600mmπ型鋼帶、8×140×3400mmπ型鋼帶、1.8（2.2）m×20m塑料網(wǎng)（網(wǎng)格40×40mm）、Φ20×2100mm玻璃鋼錨桿。

2.3 留巷滯后支護(hù)

在沿空留巷過(guò)程中，工作面滯后段將受采動(dòng)影響，為防止回采過(guò)程中礦壓顯現(xiàn)對(duì)預(yù)留巷道的破壞，留巷滯后支護(hù)采用DW3.5型外注式單體液壓支柱配金屬鋼梁的“一梁四柱”支護(hù)，排距1000mm，每排單體間距從副幫到采空側(cè)為1200（1400）、800（800）、600。根據(jù)墻體受壓情況，受壓較大時(shí)，離墻200mm的位置補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)一排單體，間距500mm，掛模單體不拆除，兼作墻體的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

隨著工作面推進(jìn)一定距離，采動(dòng)影響也逐漸減弱，所以僅需對(duì)受劇烈采動(dòng)影響區(qū)域進(jìn)行滯后支護(hù)，根據(jù)榆家梁煤礦實(shí)際情況及其他礦的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，在初期滯后工作面支護(hù)距離確定為150m，隨后根據(jù)礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測(cè)情況選擇合適的滯后支護(hù)長(zhǎng)度。因本工作面采高較大，采空區(qū)冒落矸石堆積范圍大，將經(jīng)歷強(qiáng)放和初采過(guò)程，所以初采期間支護(hù)方式將“一梁四柱”變更為步距800mm。

3 柔模砼墻支護(hù)

3.1 支護(hù)形式

巷旁采用柔?；炷林ёo(hù)，考慮到施工誤差以及柔性模板的接頂富余量，主要選擇柔性模板高度為3.8m（局部巷高變化區(qū)選擇相應(yīng)尺寸柔模）；考慮到施工進(jìn)度、施工水平等相關(guān)條件，選擇每一模長(zhǎng)度為3m或2m，厚度1m或1.2m。在模板立面與側(cè)翼持平位置縫制混凝土泵注口，泵注口直徑為250mm，即泵注口上邊緣距柔性模板頂部400mm，泵注口內(nèi)外層長(zhǎng)度不小于400mm。

為提高混凝土強(qiáng)度，在柔性模板上預(yù)留錨栓孔，掛好模后將錨栓穿過(guò)模板，錨栓兩端上托板及螺母，并注意保持兩端托板之間的距離，以確保泵注混凝土的厚度。沿每一模豎向方向設(shè)置4排共12根錨栓來(lái)提高混凝土強(qiáng)度。

3.2 泵注混凝土

柔模泵注混凝土支護(hù)技術(shù)利用了柔性模板的透水不透漿特性，混凝土必須有很大的流動(dòng)性，同時(shí)必須達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度，所以在保證流動(dòng)性的同時(shí)水泥的用量將加大。endprint

柔模泵注混凝土設(shè)計(jì)與普通混凝土設(shè)計(jì)相比，第一，砂率要比普通混凝土大，通常情況下為45%～50%；第二，石子的最大粒徑要與輸送管的直徑及柔模厚度相適應(yīng)，通常最大粒徑小于20mm，一般采用5～16mm；第三，攪拌的混凝土水灰比取0.5～0.6為宜；第四，坍落度宜為180～200mm。本支護(hù)中，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)C30，配合比如下：水泥450kg/m3、砂700kg/m3、碎石980kg/m3、水216kg/m3、粉煤灰60kg/m3、柔模專用外加劑1.6kg/m3。

4 施工方法及安全技術(shù)措施

4.1 施工材料

柔模泵注混凝土沿空留巷施工中需要多種原材料，現(xiàn)將主要的幾種羅列如下：42.5R硅酸鹽水泥、柔性模板、砂、石子、外加劑、粉煤灰、水、錨栓、鐵托板、圓鋼、DW3.5m外注式單體和10#鉛絲網(wǎng)等。

4.2 施工設(shè)備選型及布置

4.2.1 混凝土攪拌要求

在柔模泵注混凝土沿空掘巷施工過(guò)程中需要大量使用混凝土。所使用的混凝土必須經(jīng)過(guò)兩次攪拌工藝才可使用，第一次攪拌干料需要在地面攪拌站完成，第二次攪拌需要將干料通過(guò)無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅嬖偌铀當(dāng)嚢?，由于工藝中采用的是二次攪拌，因此在選擇干料的原材料時(shí)，應(yīng)保證原材料的含水量不宜過(guò)高，避免混凝土在使用前過(guò)早硬化。

4.2.2 混凝土輸送泵設(shè)備選型及布置方案

在柔模泵注混凝土支護(hù)施工過(guò)程中最關(guān)鍵的設(shè)備為混凝土輸送泵，由于井下施工環(huán)境非常惡劣，因此在選擇混凝土輸送泵時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足以下幾個(gè)要求：

（1）由于井巷窄長(zhǎng)的特點(diǎn)，要求設(shè)備寬度要盡量短小，以寬度小于1.5m為宜；（2）高壓；因煤礦巷道斷面一般較小，一次泵注量不大，泵可隨工作面移動(dòng)，以高壓小排量為宜。高壓輸送距離遠(yuǎn)。由于接頂時(shí)混凝土即將飽滿，大排量泵每一次油缸推送距離長(zhǎng)，泵送量大。（3）滿足混凝土強(qiáng)度要求。長(zhǎng)距離輸送混凝土易堵管，如降低石子粒徑及含量，會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，滿足不了設(shè)計(jì)要求，影響巷道安全及效果。短距離輸送易保證混凝土質(zhì)量，堵管后易于處理。輸送距離一般在200-350m較為合適。

混凝土泵的主要技術(shù)參數(shù)作為試驗(yàn)優(yōu)化。

（1）輸送量?；炷帘玫妮斔土吭谝欢ǔ潭壬蠜Q定了施工速度，單位時(shí)間輸送量越大，施工速度也就越快，但要求的配套上料運(yùn)輸要及時(shí)。設(shè)備尺寸的大小根據(jù)輸送管直徑的大小來(lái)確定。據(jù)井下工作環(huán)境及斷面大小輸送量一般在15m3/h～35m3/h。（2）泵送壓力。目前使用的混凝土泵的壓力一般為16MPa?；炷帘玫膲毫^(guò)高在施工過(guò)程中容易損壞柔模，如果壓力達(dá)不到要求的話，混凝土輸送距離將較短并且容易造成堵管事故的發(fā)生，經(jīng)試驗(yàn)井下使用一般10～16MPa為宜。（3）輸送管直徑。對(duì)于輸送管管徑的選擇，試驗(yàn)選用φ125、φ100和φ80三種規(guī)格，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況對(duì)比，φ125輸送管輸送最通暢，但由于管徑較粗在安裝過(guò)程中比較笨重，φ80雖然安裝簡(jiǎn)便但使用過(guò)程中經(jīng)常造成堵管事故，因此選定采用φ125管道。

4.2.3 施工設(shè)備布置

柔模混凝土制備輸送機(jī)組布置在52403回風(fēng)順槽正幫側(cè)，利用無(wú)軌膠輪車(chē)將干料輸送至泵后方調(diào)車(chē)硐室內(nèi)，上料機(jī)將地面干料轉(zhuǎn)入混凝土制備機(jī)的攪拌槽內(nèi)攪拌，通過(guò)混凝土泵送管路將混凝土注入端頭柔模內(nèi)。混凝土泵距工作面距離200-350m。

4.3 柔性模板掛設(shè)要求及安全技術(shù)措施

4.3.1 柔性模板掛設(shè)要求

（1）掛設(shè)柔模時(shí)，先要將柔模掛設(shè)位置處散落矸石等雜物清理干凈，柔?；炷烈湓趯?shí)底上。先掛設(shè)采空區(qū)側(cè)部分，將穿有圓鋼的翼緣用雙股8#鉛絲綁扎在巷道頂部的錨桿上，綁扎必須牢靠。（2）巷道外側(cè)掛模通過(guò)單體將翼緣夾持在巷道頂板上，單體間距500mm，單體必須打設(shè)牢靠，防止灌注過(guò)程中柔模下滑或鼓肚。綁扎時(shí)需有專人監(jiān)護(hù)，以防綁扎時(shí)支柱支設(shè)不牢而傾倒傷人。（3）柔模掛設(shè)好以后，將控制厚度的錨栓穿過(guò)模板，并在錨栓兩端上好托板及螺母，以防泵注過(guò)程中柔性模板脹破。在掛好柔模的側(cè)面（靠回撤通道方向），打設(shè)3根單體，用于支撐柔模，防止泵注時(shí)向此處鼓肚。

4.3.2 柔性模板掛設(shè)安全技術(shù)措施

（1）掛模前，必須確保機(jī)尾段割161-164#支架不拉架和推溜，161-164#支架拉架或推溜期間，嚴(yán)禁架后有人作業(yè)。必須指定專人觀察頂板和采空區(qū)情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行處理后方可掛模。（2）支護(hù)澆注空間必須考慮巷道和混凝土墻的凈寬。要求混凝土墻凈寬為1.2m，墻內(nèi)側(cè)（即掛模單體外側(cè)）距巷道副幫為4.8m。固定靠巷內(nèi)側(cè)的柔模用單體支柱支設(shè)，單體液壓支柱如有卸壓必須及時(shí)更換，并且使用好防倒繩，防止單體液壓支柱倒下傷人。（3）掛模單體按柱距0.5m打設(shè)，必須升夠初撐力，確保在澆筑混凝土過(guò)程中柔模不發(fā)生下沉的現(xiàn)象，并且單體不會(huì)被擠出巷道內(nèi)部。巷內(nèi)用單體掛模，打設(shè)掛柔模單體時(shí)必須上激光線，保證澆注空間凈寬度為1.2m，留巷寬度為4.8m，每打一根測(cè)量一次凈寬度。（4）掛模完畢后，在掛好柔模的側(cè)面（靠通道方向），打設(shè)3根單體，用于支撐柔模，防止泵注時(shí)向此處鼓肚。掛模單體必須至少泵注完48h后再回撤。泵注1h后，使用專用工具將錨栓螺絲擰緊。掛模單體時(shí)必須掛線打設(shè)，誤差不得大于±100mm。

5 混凝土的泵注施工要求

（1）混凝土泵送施工時(shí)，規(guī)定聯(lián)絡(luò)信號(hào)和配備通訊設(shè)備，可采用有線或無(wú)線通訊設(shè)備等進(jìn)行混凝土泵、攪拌運(yùn)輸車(chē)和攪拌站與澆筑地點(diǎn)之間的通訊聯(lián)絡(luò)。泵送混凝土?xí)r混凝土泵的支腿應(yīng)完全伸出，并插好安全銷(xiāo)。將泵固定牢靠，防止泵注過(guò)程中擺動(dòng)。（2）混凝土泵啟動(dòng)后應(yīng)先泵送適量水以濕潤(rùn)混凝土泵的料斗活塞及輸送管的內(nèi)壁等直接與混凝土接觸部位。經(jīng)泵送水檢查確認(rèn)混凝土泵和輸送管中無(wú)異物后應(yīng)采用下列方法之一潤(rùn)滑混凝土泵和輸送管內(nèi)壁：泵送水泥漿；泵送1：2水泥砂漿；泵送與混凝土內(nèi)除粗骨料外的其他成份相同配合比的水泥砂漿。（3）開(kāi)始泵送時(shí)，混凝土泵應(yīng)處于慢速勻速并隨時(shí)可反泵的狀態(tài)。泵送速度，應(yīng)先慢后快，逐步加速。同時(shí)應(yīng)觀察混凝土泵的壓力和各系統(tǒng)的工作情況，待各系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)順利后，方可以正常速度進(jìn)行泵送。（4）當(dāng)輸送管被堵塞時(shí)應(yīng)采取下列方法排除：重復(fù)進(jìn)行反泵和正泵，逐步吸出混凝土至料斗中，重新攪拌后泵送；用鐵錘敲擊等方法查明堵塞部位，將混凝土擊松后重復(fù)進(jìn)行反泵和正泵，排除堵塞；當(dāng)此兩種方法無(wú)效時(shí)，應(yīng)在混凝土卸壓后拆除堵塞部位的輸送管，排出混凝土堵塞物后方可接管，重新泵送前應(yīng)先排除管內(nèi)空氣后方可擰緊接頭。endprint

6 階段性礦壓分析

6.1 墻體壓力觀測(cè)

墻體壓力觀測(cè)設(shè)有兩個(gè)測(cè)站1號(hào)和2號(hào)，分別距離切眼約320m、755m。礦壓設(shè)備受力面積74cm×13cm（96200mm2），儀器讀數(shù)單位kN，最大量程2800kN。

將1號(hào)、2號(hào)測(cè)站觀測(cè)的值換算為墻體應(yīng)力?？紤]到礦壓監(jiān)測(cè)儀器受安裝影響及其他未知因素，導(dǎo)致得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在實(shí)際觀測(cè)計(jì)算的墻體應(yīng)力的基礎(chǔ)上，取該組測(cè)力計(jì)最大值的80%（試其余6個(gè)測(cè)力計(jì)的值為該組最大值的80%）所計(jì)算的墻體應(yīng)力作為參考。

經(jīng)計(jì)算可得礦壓顯現(xiàn)穩(wěn)定后：1號(hào)測(cè)站觀測(cè)所得的墻體應(yīng)力為1.1MPa，取該組測(cè)力計(jì)最大值的80%所計(jì)算的墻體應(yīng)力為3.4MPa；2號(hào)測(cè)站觀測(cè)所得的墻體應(yīng)力為4.6MPa，取該組測(cè)力計(jì)最大值的80%所計(jì)算的墻體應(yīng)力為20.3MPa。

6.2 巷道頂?shù)装逡平坑^測(cè)

巷道頂?shù)装逡平坑^測(cè)共設(shè)有三個(gè)測(cè)站1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)，分別距離切眼712m、753m和818m。每個(gè)測(cè)站分別觀測(cè)墻體側(cè)、巷中和副幫側(cè)巷道高度。

對(duì)測(cè)算結(jié)果進(jìn)行分析得出：1號(hào)測(cè)站巷道最大頂?shù)装逡平繛?4mm，2號(hào)測(cè)站巷道最大頂?shù)装逡平繛?1mm；3號(hào)測(cè)站觀測(cè)所得的墻體應(yīng)力為11mm，巷道變形很小，留巷效果良好。

6.3 礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)論

（1）墻體壓力及混凝土礦壓強(qiáng)度。1號(hào)測(cè)站觀測(cè)所得的墻體應(yīng)力為1.1MPa，取該組測(cè)力計(jì)最大值的80%所計(jì)算的墻體應(yīng)力為3.4MPa；2號(hào)測(cè)站觀測(cè)所得的墻體應(yīng)力為4.6MPa，取該組測(cè)力計(jì)最大值的80%所計(jì)算的墻體應(yīng)力為20.3MPa。混凝土1天強(qiáng)度最高達(dá)6.7MPa，7天強(qiáng)度可達(dá)23.4MPa?；炷翉?qiáng)度可滿足礦壓顯現(xiàn)要求。（2）巷道變形。1號(hào)測(cè)站巷道最大頂?shù)装逡平繛?4mm，2號(hào)測(cè)站巷道最大頂?shù)装逡平繛?1mm；3號(hào)測(cè)站觀測(cè)所得的墻體應(yīng)力為11mm，巷道變形很小，留巷效果良好。（3）周期來(lái)壓步距小，頂板垮落及時(shí)，沒(méi)有大的老頂來(lái)壓跡象，留巷圍巖穩(wěn)定。

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

52403工作面回順柔模混凝土沿空留巷經(jīng)濟(jì)效益分析。52煤雙巷掘進(jìn)，按1500m/月進(jìn)尺計(jì)算，掘進(jìn)成本2678.9元/m；52煤?jiǎn)蜗锞蜻M(jìn)，按1200m/月進(jìn)尺計(jì)算，掘進(jìn)成本3712.1元/m。52煤車(chē)板結(jié)算價(jià)按370元/噸計(jì)取，52煤采掘成本按111.16元/噸計(jì)取。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)算，52403工作面回順留巷投入2306.53萬(wàn)；沿空留巷可提高資源回收率4.2%，本項(xiàng)可多回收煤量增加效益3714.91萬(wàn)元；沿空留巷相比傳統(tǒng)工藝少掘一條巷道，52403工作面回順少掘巷道可節(jié)約333.63萬(wàn)元；與掘雙巷道相比，沿空留巷可減少勞務(wù)工程費(fèi)用約169.36萬(wàn)元；綜上，沿空留巷總利潤(rùn)約為2011.36萬(wàn)元，為礦井創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié)語(yǔ)

柔?；炷裂乜樟粝锏膽?yīng)用改善了礦井安全生產(chǎn)條件，解決了工作面瓦斯積聚超限的問(wèn)題，確保了礦井安全生產(chǎn)。在生產(chǎn)過(guò)程中減少了一條巷道的掘進(jìn)工作量，提高了資源回收率，不僅減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度也增加了礦井的經(jīng)濟(jì)效益。因此沿空留巷技術(shù)值得進(jìn)一步推廣使用。

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