U型鋼背板在煤巷架棚支護中的應用

王長臣,馮 軍

(河南煤化集團永煤公司安陽鑫龍煤業, 河南安陽縣 455133)

U型鋼背板在煤巷架棚支護中的應用

王長臣,馮 軍

(河南煤化集團永煤公司安陽鑫龍煤業, 河南安陽縣 455133)

安陽鑫龍煤業公司紅嶺礦將 U型鋼廢料制作成背板,用于煤巷架棚巷道支護中,增強了支護強度,保證了支架的完整性,減少了巷道失修率,同時做到了修舊利廢,節支降耗,每年可提高經濟效益 142萬元以上。

U型鋼背板;圍巖應力;架棚支護;巷道維護

安陽鑫龍煤業公司紅嶺礦位于安陽礦區北部,設計生產能力 30萬 t/a,歷經多次技改,現核定生產能力為 60萬 t/a,90萬 t/a技改工程正在進行中。礦山主要開采煤層為山西組二1煤層,煤層賦存穩定,平均傾角 15°,煤厚 5～6 m,現開采水平為 -350～-420 m。

近年來,隨著開采深度的增加及圍巖應力的不斷增大,采區回采巷道受壓力和采動的影響出現支架變形嚴重、背板折斷、墜網兜等現象,木背板折斷率達 50%以上,不能滿足支護要求。

1 支護背板改進問題的提出

(1)隨著開采深度的增加,礦山壓力增大,巷道頂底板移近量也隨巷道埋深增加而增加。實踐證明:巷道一側為采空區的增加幅度大于兩側為實體煤的巷道,隨著時間的推移和圍巖來壓,致使有50%的木背板被壓斷,頂幫漏空造成支架受力不均勻,致使巷道變形嚴重,甚至被壓垮。最初曾采取加密、加厚木背板的措施,在礦壓穩定的地區施工,效果較為明顯。但在沿空巷道側壓較大時,仍滿足不了支護要求。

(2)由于受圍巖壓力的影響,原木背板經常出現背板折斷、支架變形嚴重、墜網兜等,造成前掘后修的現象。工作面在回采過程中維修量更大,經常出現上順槽、下順槽斷面不夠大而影響生產的現象。為此,基本上需要安排一個維修組長期在上、下順槽維修來滿足安全生產的需要,原木背板支護的使用,不僅影響了煤巷單進水平的提高,而且給安全生產管理帶來了困難,還嚴重影響了質量標準化工作。

(3)沿空巷或巷道側壓較大時施工,頂板壓力雖然向前推移,但巷道兩側的煤體受壓力影響已被破壞,煤層層理破壞,煤體酥軟,產生裂隙,增大了巷道兩幫的側壓,致使支架局部受壓破壞,導致需要加密背板,使巷道周圍的壓力通過背板均勻地分布到支架上,增加支架的完整性。

(4)近年來,隨著支護工藝的改進,半圓拱、三心拱、曲腿棚 U型鋼 (U29、U36)支護已成為紅嶺礦煤巷支護的主要形式,不同規格的 U型鋼支架是由每根長 9 m的U型鋼材加工而成。加工過程中,雖然精打細算,使不同長度的梁、腿搭配,做到每根 U型鋼合理使用,減少浪費。但由于支架規格不同,不能使每根 U型鋼完全盡其長度裁定,造成剩下長短不一的U型鋼邊料,這些U型鋼邊料以前都做廢品來處理;另外井下回收上來的舊 U型鋼,大部分經過校正后二次復用,而一些變形嚴重,強度已屈服無法再復用的 U型鋼,也作為廢品處理掉。加工過程中剩余的邊料和沒有復用價值的 U型鋼作為廢品處理,在一定程度上造成浪費,這些廢料若用于生產過程中,在修舊利廢、增收節支方面還有很大的挖掘潛力。

2 U型鋼背板的制作

為了增加背板支護的強度,同時也是為了廢舊U型鋼充分發揮價值,合理使用,做到修舊利廢,節支降耗,決定把加工U型鋼支架剩余的邊料和回收的殘廢 U型鋼制作成鐵背板,每 800 mm一節,從 U型鋼的正面割開,這樣一分為二,就成為兩塊規格為800×124×7(長 ×寬 ×厚,mm)的鐵背板 (見圖1)。井下煤巷 U型棚支護背板由原規格 800×80×50(長 ×寬 ×厚,mm)的木背板更換為 800×124×7 mm的鐵背板,背板間距 500 mm、棚距 600 mm,U型棚的梁、腿、鐵拉桿、塑帶網等支護參數和材料不變。

圖1 鐵背板規格

3 施工要求

(1)U型鋼支架要端正,迎山有力,不得出現歪扭夾斜。支架直線性要求每 10 m梁腿里出外近不大于 50 mm。

(2)U型鋼支架梁、腿搭接要嚴密,搭接長度不得超出設計規范,卡纜要成直線,螺栓扭矩不小于200 N·m,經常檢查螺栓并二次緊固,同時涂抹防銹油脂。

(3)塑帶網要鋪平,用聯網繩扣扣相連,并每隔300 mm打一死結,網搭接長度不小于 100 mm。

(4)搞好巷道成型,禁止巷道出現空幫、空頂現象,空幫、空頂處必須用木料充填背實。

(5)背板要擺放均勻,背緊背牢,背板位置和數量要符合設計要求,背板間距 500 mm,背板直線性要好。帶有一定弧度的背板要集中使用,且背板弧度朝向要一致,背板平面與支架接觸,保證背板布置均勻,支架受力均勻。

(6)鐵拉板要打直打牢,每棚最低不少于三道(正頂梁一道,兩幫腿各一道),鐵拉板數量、位置符合設計要求。

4 經濟效益

(1)在回采工作面上、下順槽施工中,一般每架需要原木背板 18塊,每架需投入背板材料費 129.6元。同樣條件下,由于鐵背板可以回收,基本材料費與回收費用相抵,只需計算材料加工費和材料損耗即可,按 20%損耗率計算成本,需要投入材料費83.52元 /架和材料加工費 32.4元 /架,共 115.92元 /架,與使用木背板成本基本相當。

(2)在回采工作面回采期間,鐵背板還可以多次利用,如果按照每塊木背板 7.2元的價格計算,鐵背板每復用一次,每架可節約材料費 129.6元,只要背板不失效就能一直復用,若背板失去使用價值,最后還可作廢品處理。

(3)根據實踐經驗,使用木背板支護巷道失修率一般在 50%以上,使用鐵背板支護巷道失修率一般在 15%左右,兩者相比,使用鐵背板減少巷道失修率 35%。每米巷道維修費用按照 800元計算,每100 m巷道可節約維修費用約 2.8萬元,背板材料費約 0.75萬元。紅嶺礦每年掘進回采巷道約 4000 m,則每年可節約材料費和維修費共 142萬元,這還不包括因巷道失修影響生產造成的損失。因此,廢舊 U型鋼制作成背板重復使用,每年給礦井節約了大量的巷道維修費用,降低了生產成本,提高了經濟效益,同時也在增收節支、修舊利廢、廢品處理與利用方面探索出一條有效的途徑。

5 結束語

紅嶺礦利用廢舊 U型鋼制作成背板,在煤巷架棚支護中收到了良好的效果,改變了以往背板折斷、支架變形嚴重、墜網兜、前掘后修的現象,降低了背板的更換率和回采巷道的維修率。廢舊 U型鋼制作成背板的應用,不僅為質量達標和安全生產打下了良好的基礎,還大大降低了維修費用,值得在圍巖壓力較大的煤巷架棚支護巷道中推廣應用。

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[4] 張榮立,何國偉,李 鐸.采礦工程設計手冊[M].北京:煤炭工業出版社,2003.

[5] 曹建軍,焦金寶,何 清,等.深井沿空巷道圍巖失穩機理與穩定性控制[J].煤礦安全,2010,(2):99.

2010-04-07)

王長臣 (1972-),男,河南浚縣人,助理工程師,從事煤炭生產技術管理工作,Email:aykwfj@163.com。