新型礦用充填鋼模板研制及應用

張文萍

(山西煤炭職業技術學院,山西省太原市,030031)

新型礦用充填鋼模板研制及應用

張文萍

(山西煤炭職業技術學院,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,其可代替現有柔模支護技術。采用鋼模板支護技術可沿采空區留巷位置連續形成一個混凝土墻式支護結構,使巷道能夠及時支護,降低了沿空留巷的費用和勞動強度,提高了生產效率及施工速度,保證施工安全。

沿空留巷 混凝土墻體 充填鋼模板 鋼模板結構

目前,大多數煤礦沿空留巷都采用柔模技術保留巷道,柔模技術要預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,提高混凝土的支護強度,在留巷位置形成一個連續混凝土墻式支護結構。峰峰集團大淑村礦402采煤工作面最初也采用柔模技術保留巷道,但柔膜技術費用較高,施工中勞動強度高。為了提高支護效率,降低支護成本及勞動強度,設計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,加快了接續能力,取得了良好的效果。

1 設計方案

峰峰集團大淑村礦402采煤工作面沿空留巷的巷道高1.7 m,寬3.2 m,長400 m,采用整體剛性結構的鋼模板進行沿空留巷支護墻體的建墻。整體剛性結構的鋼模板結構如圖1所示,金屬鋼模板采用三面擋墻結構,為了適應巷道的高度變化,三面擋墻均配有可伸縮擋板,伸縮形式為外伸縮結構,每側配有2根千斤頂并能實現單獨調整。兩側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構。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現脫模,又可以通過單體支柱實現脫模。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構,左右兩邊完全對稱,前端頂部設計有注漿口,使用快換接頭形式,方便與注漿管路快速連接。頂部設計有一排連接孔,可以連接加高擋板實現接頂,也可以作為加強拉桿的連接孔,提高整個鋼模板的強度并適應巷道高度變化的需求。中部下端兩側設有兩個長孔,通過螺栓和壓板將伸縮擋板與固定擋箱緊固在一起,提高伸縮擋板的強度、消除擋板與固定箱之間的間隙。伸縮擋板頂端兩側設計有連接耳,與提升千斤頂的活塞桿連接。伸縮擋板中部設計有閥座,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構,是整個鋼模板的基礎。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。前端下部兩側擋墻設計有銷孔,連接拉移千斤頂實現脫模。前端底板上撬,可以減小脫模時的阻力。每邊底板上設計有耳板,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計有注漿口,通過該口與注漿管路連接,向鋼模板內充填混凝土料漿。另一側的注漿口用堵頭封堵,防止漏漿。

(6)提升千斤頂。提升千斤頂是實現伸縮擋板升降的驅動部件。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型結構,封堵伸縮擋板間的縫隙。配備了兩套5種規格的滑塊,根據不同巷道高度,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動部件。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側板的下部,距離中心地面高200 mm,通過十字頭實現上下左右調整。鋼模板脫模有兩種方法,一種方法是將十字頭、拉移千斤頂、鏈環卡、鏈條和錨固座連接在一起,在錨固座上打點柱壓緊錨固座,以此為支點向前拉移鋼模板,千斤頂油缸收縮,實現脫模;另一種方式是將拉移千斤頂的另一端直接連在端頭支架底座上,以支架為支點,千斤頂油缸收縮,實現脫模。

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

(10)拉移鏈條。鏈條規格為26 mm×92 mm,是鏈環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,同時還是支護支柱的底座,拉移千斤頂拉移時的支點。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度,防止其在充填料漿時變形。

鋼模板的伸縮板升降及拉移千斤頂的伸縮由液壓系統控制,其與液壓支架的控制系統相同,主要組成由操作閥組、單向鎖、管路等組成。通過操作液壓系統的操作閥組,實現各千斤頂的雙向動作。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 關鍵技術及創新點

沿空留巷工藝和設備經過幾十年的優化和改進,如今已經有了比較理想的思路和方法。該新型鋼模板,在適當的生產工藝保證下能夠滿足用戶需要,其主要創新點如下:

(1)鋼模板采用伸縮結構,對巷道的高低變化適應性很強。

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

(3)鋼模板內可襯一層低強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,注漿口進行了特殊設計,可以實現低位注漿和高位注漿的不同需求。

(6)鋼模板是一種可重復使用的砌墻工具,替代價格較貴的柔模,經濟性和環保性較好。

(7)鋼模板支護與端頭支架同步推進,使建墻速度提高,加快采煤工作面的推進速度,完整保留巷道,節約掘進成本,提高采煤生產率。

3 應用實例及推廣價值

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的墻體。由于鋼模板可以通過調整可伸縮擋板,適應不同高度的巷道,使沿空留巷的防護墻可以一次成型。鋼模板安裝在機頭第一支架后面。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試、支護、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)調試。首先操縱鋼模板的操作手柄將三面伸縮擋板調高約100 mm,選擇合適的密封滑塊進行安裝。再次操縱該手柄將三面伸縮擋板調整到合適高度,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。非注漿側的接口用堵頭封堵,堵頭與鋼模板內壁對齊,并用限位螺栓鎖緊。將鋼模板內腔鋪好保護薄膜,方便鋼模板脫模。

(2)支護。為有效防止混凝土產生的側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個臨時支柱,兩側分別布置2～3個臨時支柱。臨時支柱與鋼模板間用合適的短木樁撐緊,每個臨時支柱上最少需要布置2個支撐木樁,上下端各1個,保證受力均勻。

(3)注漿。地面專門生產線按設計要求配比生產出的充填材料,由充填泵經充填管路送至鋼模板內,充填料漿在鋼模板內自然流平密實,充滿后自然養護。注漿結束應清理干凈注漿口內的混凝土,防止影響脫模操作。

(4)脫模。達到脫模要求后,首先應將臨時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支柱,拉移千斤頂的另一端與端頭支架保持相連,同時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個循環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保留有100 mm的重合度并及時清理模板內壁以滿足下次注漿的需要,最后拆除兩側的臨時支柱。

該鋼模板在大淑村礦402工作面經過3個多月的運行,取得了較好的成績,期間完成400 m的混凝土墻體,設備使用正常。由于節省了原先的柔模袋,從而大幅度降低了生產成本,與原來的柔模注漿相比,共節約了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,有效降低了保留巷道的成本。鋼模板的強度高、適應性強、操作簡單、安全可靠,為煤礦安全、高效生產提供了強有力的保障。取得了較好的經濟效益和社會效益,對建設綠色礦山起到很大的促進作用,具有廣闊的市場應用前景。

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(責任編輯 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,研究方向為煤礦機械自動化。