防冲支架（精选3篇）
防冲支架 篇1
1 实施背景
巷道支护的稳定性取决于支护方式, 良好的支护方式能够保证巷道的围岩稳定, 有利于矿井的安全生产, 其中尤以高应力集中区域的支护问题最为突出。
耿村煤矿12220工作面上下巷属于高应力集中区域, 在此区域中巷道支护问题最为重要, 为保证井下安全生产, 防止此区域发生事故, 需要对其支护技术进行革新。
2 设计方案
在12220工作面上下巷高应力集中区域采用U型钢可缩性梯形防冲支架新式特殊支护。
3 主要内容及创新点
在 (2-3) 12220回采工作面回采过程中上下巷动压较大, 替棚后巷道采用U型钢可缩性梯形防冲支架, 该处的巷道变形得到了一定程度的控制, 对冲击地压防治起到了明显效果, 降低了巷道的变形速度, 有效的保证了工作面的正常回采。
U型钢可缩性梯形防冲支架具有较高的初撑力, 支护强度大。它的最大优点是当围岩作用于支架上的压力达到一定值时, 支架便产生屈服缩动, 缩动的结果使围岩作用于支架上的压力下降, 从而避免了围岩的压力大于支架的承载力而导致压力支架的破坏。
U型钢可缩性梯形防冲支架支护结构对巷道顶板和底板应力分布影响轻微, 通过现场试验可以看出, 采用该种支护后, 可以有效地控制围岩变形, 减少了对巷道破碎带的扩修维护, 大大提高了棚梁抗侧压能力和整体支护强度, 减少了重复扩修巷道的工程量和职工劳动强度。
U型钢可缩性梯形防冲支架是一种被动支护, 虽然初期投资较高, 但其具有良好的力学性能, 抗拉强度、抗压强度较高, 同时具有良好的韧性性能, 初撑力较高, 支护强度大, 可多次使用, 被广泛地应用于矿山巷道, 特别是在深部复杂巷道以及松软煤层巷道中, U型钢支架是一种有效、合理的支护形式。U型钢可缩性梯形防冲支架最佳的受力状态是壁后充填密实后使其均匀受压, 当作用于U型钢可缩性梯形防冲支架上的围岩压力值达到一定值时, 支架就会产生压缩, 使围岩作用于U型钢可缩性梯形防冲支架上的压力下降, 从而避免围岩压力大于U型钢可缩性梯形防冲支架的承载力而使支架破坏。根据现场具体情况, 灵活地选择U型钢可缩性梯形防冲支架的型号、结构形式和棚距, 正确指导巷道U型可缩性梯形防冲钢支架的施工, 确保其有效、可靠地工作, 对于减少巷道后期返修量, 保证安全生产, 延长服务年限, 获得较好的技术经济效益, 充分发挥支架的支护性能有着重要的意义。
(2-3) 12220工作面原采用的扩修巷道方式为36u型钢封闭式焊接做梁, 36u型钢为腿进行替棚, 由于巷道压力大, 棚腿不抗压, 棚腿及上下帮变形严重, 需重复进行扩帮换腿作业;经矿领导及技术骨干分析研究后, 现改良后的替棚方式为36u型钢封闭式焊接做梁, 废旧36u型钢为腿 (采用两截U型钢配合U型卡制成) , 该方式可以在一定程度上使压力得以缓解, 起到较好的防冲作用, 同时不需要重复进行扩帮换腿作业。现替棚方式每百米需投入80.91万元, 扣除新投入60.69万元, 可节约材料费20.22万元。在进行扩帮作业时, 每次扩帮百米需要23万元, 由于新扩修方式不需要进行重复扩帮作业, 即节约材料费23万元。
截止到目前为止, 12220工作面上下巷共采用新扩修方式312米, 共节约材料费134.85万元, 节约人工费28.19万元, 同时采用新扩修方式后, 工人的劳动强度得到了极大的降低, 巷道变形速度有所降低, 保证了工作面的正常回采。
4 应用效果分析
目前在 (2-3) 12220工作面上下巷采用U型钢可缩性梯形防冲支架, 减少了对巷道破碎带的扩修维护, 大大提高了棚梁抗侧压能力和整体支护强度, 对冲击地压防治起到了明显效果, 降低了巷道的变形速度, 减少了重复扩巷工程量及职工劳动强度, 截止到目前为止, 12220工作面上下巷共采用新扩修方式312米, 共节约材料费134.85万元, 节约人工费28.19万元。
5 推广应用情况
目前U型钢可缩性梯形防冲支架已经在我矿各个高应力集中区域实施应用, 是我矿保证高应力集中区域稳定的重要工程, 解决了我矿在高应力集中区域重复扩巷工程量及职工劳动强度等问题, 有效的保证了工作面的正常回采。
水闸的消能与防冲 篇2
关键词：水闸,消能,防冲
1水流的特点
水流经过水闸流向下游时, 可能具有较大的上下游水位差。同时间孔宽度一般都小于上、下游渠宽, 使流量比较集中, 单宽流量加大。因此, 水流具有很大的动能, 若不采取适当的消能防冲措施, 势必冲刷下游渠道, 甚至威胁闸的安全。在设计中为了布置恰当的水闸消能防冲设施, 以保证水闸在调度控制中安全运行, 应对水流的特点及其消能防冲设计的要求有初步了解:
1.1水流流速较大, 必须考虑下游消能问题。平原地区水闸的水头一般较低, 河 (渠) 槽土质抗冲能力较小, 下游水位变化又较大, 常采用底流式消能方式;但由于水闸的上下游水位基较小, 经水流消能后有时流速仍然很大, 仍有较大的剩余动能, 对允许不冲流速较低的下游河床, 常造成较为严重的冲刷。
1.2平原地区的水闸河道两岸宽阔, 水流出闸时由狭处向宽处扩散, 极易在下游产生回流, 使主流在一段距离内受到挤压, 甚至偏离原来的流向产生折冲水流.淘刷岸坡及河床。多孔水闸常因闸门开启不当, 形成折冲水流, 冲毁消能防冲设施和下游渠道。另外, 上游渠段不顺直, 来水流势不匀称, 或下游冀墙布置不当, 扩散角太大, 也极易形成折冲水流。因此, 除应在设计水闸的消能防冲设施时, 做好总体布置外, 还应制定合理的控制调度方案。
1.3水闸流量大, 当水闸上下游水位差小时, 过闸水流常不能产生正常水跃, 而形成一系列逐渐消失的水波, 称为波状水跃, 消能效果不佳, 挟有剩余能量的水流会冲刷下游渠道, 影响渠道的稳定性。因此, 在设计和控制调度中, 应尽量避免产生波状水跃。
2消能防冲措施
为了保证水闸的安全运用, 防止下游河床的有害冲刷, —般从两个方面采取措施:一是在闸下促成日常水跃, 尽可能多地消除水流的能量, 并促成水流均匀扩散, 防止折冲水流的产生;二是保护两岸和河床, 防止剩余能量对河岸的冲刷。前者是从根本上改变水流的流态以减小水流的冲刷作用, 因而是最主要的措施。
2.1消力池的作用及构造。消力池是闸室下游消能防冲的主要结构物, 位置紧围闸室, 通常将护坦高程降低, 形成下降式消力池。末端尾槛的顶因高于海漫或下游河床时, 就构成了综合式消力池。消力池的作用是增加闸下游水深, 促使过闸水流规范之内产生淹没水跃。在池内形成相当紊乱的水流并相互撞击, 从而达到消能效果, 缩短下游河床的护砌长度。消力池深度及长度的具体尺寸要通过消能计算来确定。消力池护坦用钢筋混凝土建成, 它依靠自身重量保持抗浮稳定, 同时底板还要满足抗冲要求。护坦最小厚度不能小于0.5mm, 一般护坦采用等厚度, 但也可沿水流方向逐渐减薄, 护坦下游端厚度为上游端厚度的一半。当水闸的防渗长度已经满足时, 可通过在护坦水平段范围内布置排水孔的方式, 排出闸基渗水, 降低护坦底部的渗透压力, 依此达到减小护坦厚度的目的。排水孔直径—般为5—10mm, 孔距为1.0 m左右。排水孔下设反滤层, 孔内填碎石或无砂混凝土, 达到将渗水排出而又不让渗水带走基底土壤颗粒的目的。但是, 在斜坡段范围之内不应布置排水孔, 因为水流在该区下泄速度大, 有可能在斜面上产生负压, 使渗流出逸坡降增大而破坏地基。需要注意的是在多沙河段上, 这些排水孔易被泥沙堵塞, 故不宜采用;消力池护坦要用C15或L20的混凝土浇筑而成。在多沙河道上, 为了抗磨损, 在护坦表面要浇筑一层抗磨混凝土或其他抗磨材料。抗磨混凝土层厚约10 cm, 用钢丝网和钢筋销系到护坦混凝土内。消力池上游部分常用1:3—1:4斜底板或抛物线形底板与闸底板相连接。消力池护坝在横水流方向上一般不分纵缝, 以增强护坦的整体稳定性。当水闸水头较高, 护坦较长, 必要时也可设置纵缝。护坦在顺水流方向上分横缝, 以减小温度应力, 并位于施工, 横缝间距一般为8—15m, 要与闸室横缝间错布置、护坦与闸室底板接缝处应局部加厚, 在加厚部分加设构造钢筋。此接缝是温度缝, 同时不允许缝的两侧有相互错动, 特别要防止护坦顶面高出闸底板顶面。因此, 在接缝中要设置1—2道较强的水平向键槽, 并设止水, 重要的水闸应设两道止水。护坦中如有横水流向的温度纵缝, 在纵缝处护坦也需局部加厚, 在缝中设键槽和止水, 护坦中顺河向温度横缝, 也要设较小的键槽, 以防缝两侧相互错功, 但护坦可不局部加厚, 缝中要设止水。护坦板内的应力一般较小, 可按构造配筋, 布置在靠近护坦顶向, 护坦底面也要配置少量的构造钢筋, 以承受水流冲击力。在护坦上、下游端, 即靠近与闸底板接缝处和下游端际墙处, 要增加顺河向构造钢筋, 因为接缝中有键槽传力, 而下游端齿墙刚度较大, 会产生顺河向应力。在下游端齿墙内也应设置构造钢筋。在护坦底下应设置排水和反滤设施, 以便把闸室底板下的渗水排至下游。在护坦排水层下游端, 用一排管子通过护坦下游端齿墙把渗水排到海漫下。护坦构造虽很简单, 但在工程实践中常发生损坏, 所以在设计中要考虑周全, 往往所增费用不多, 但可提高安全度。
2.2辅助消能工的作用及构造。为提高消能效率, 有时在水闸消力池护坦上设置辅助消能工, 以加强水跃中的亲流扩散, 稳定水跃流态, 缩短消力池的长度。常用的辅助消能工有消力坎和消力墩。
2.2.1消力坎。消力坎设在消力池末端, 也称为层槛。它除起到构成消力池的作用外, 还可将水流流向水面, 减小底部流速并有助于水流的扩散, 避免下游两侧的回流, 使流速更为均匀正常。2.2.2消力墩。消力墩多布置在消力池斜坡坡脚处, 其作用是在平面上及钳直面内把水流分成许多小股, 使水流互相碰撞消能。消力墩的型式、尺寸及布置应通过试验确定, 一般墩高可采用护坦上水深的0.15—0.25倍并不宜超过0.5-1.5, 墩宽及各墩之间的净距可取墩高的—半或等于墩高, 前后排消力墩的净距可比墩高稍大。有些平原地区已建水闸的运用情况表明, 如消力墩的布置和尺寸不当, 不仅消能效果不显著, 反而造成下游水流紊乱, 冲刷岸坡和河床。因此, 平原地区近年来修建的低水头水闸中, 消力墩已很少采用。
2.3海漫及防冲槽的作用及构造。过闸水流经消力池消能以后, 仍具有部分剩余能量, 其流速分布在平面上或铅直面上, 均末达到河道正常流速分布状态, 水流脉动也比较剧烈, 还会造成对河床和岸坡的冲刷。因此, 在消力池后面应设置海漫, 进一步消除水流的余能, 并使水流继续扩散, 流速分布逐渐达到正常状态。海漫末端与河床连接处受水流的长期冲刷, 有可能因冲刷过深危及海漫和消力池的稳定及闸室安全。
2.4上下游岸坡及上游河床的防护。为了增加护坡的稳定性, 限制护坡可能发生的冲刷破坏范围, 在海漫和护坡段内, 无论是纵向或横向都应隔8—10 m设置浆砌块石或混凝土隔埂一道, 断面尺寸为0.4m×0.6m左方。
上游河床由于翼墙导流的逐渐变窄, 将使河床受到底部旋滚水流的淘刷, 故应在上游铺盖前端做浅齿墙, 以防冲刷坑向下游扩展, 必要时还可加设上游防冲糟。
参考文献
[1]张怀斌.浅谈水闸下游底流式消能防冲设计的两个问题[J].吉林水利, 2009 (7) .
综合防冲技术在五龙煤矿的实践 篇3
关键词：冲击地压,卸压,防冲,集中应力
1 3322B工作面概况
五龙煤矿是阜新矿业 (集团) 有限责任公司的主力生产矿井, 是我国“一五”期间156个重点建设项目之一, 于1957年6月建成投产。原设计生产能力150万吨, 后经多次技术改造, 2011年7月重新核定生产能力为240万吨。由于开采历史较长, 该矿的采场布局不可避免地受到各集中应力区的影响[1]。该矿3322B工作面位于五龙煤矿工业广场以南, Ⅲ带岩墙以北, Ⅱ带岩墙以西的区域。开采煤层为太平下层煤, 采面走向长1240m, 工作面长136m, 可采储量210万吨, 走向长壁综合机械化采煤。该面的运输巷、回风巷及切眼相对上方的3322A面内错6m布置, 即下组工作面布置在上组采空区以下10.7m位置。工作面北侧和上部均有采空区, 受矿压作用明显。
2 工作面冲击地压情况
五龙煤矿2012年共发生矿震26次, 其中1.0ML以下矿震5次, 1.0~2.0ML矿震15次, 2.0~3.0ML矿震6次, 最大震级3.0ML。其中, 无破坏性矿震20次, 最大震级3.0ML, 有破坏性及有轻度显现的冲击地压6次, 最大震级2.1ML。在所发生的冲击地压事件中, 主要的破坏形式是巷道底鼓、两帮移近、支架歪斜、设备倾斜, 底鼓量一般达到0.3~0.5m, 两帮移近量一般达到0.2~0.3m, 垛式支架歪斜量有时达0.5m, 皮带机或刮板运输机局部倾斜移位有时可达0.3~0.5m。
3 工作面综合防冲实践
3.1 3322B工作面冲击地压危险域划分
根据该面位置与两大煤柱和各采终面的关系, 将采面巷道按防冲级别的不同划分为严重冲击危险区、中等冲击危险区和无冲击危险区三类。
(1) 严重冲击危险区:该区域总计为1006m, 其中, 外回风巷124m;运输巷451m;回风巷431m。
(2) 中等冲击危险区:该区域总计为461m, 其中, 回风巷161m, 运输巷110m, 材料轨道巷190m。
(3) 除去上述两个区域, 其它巷道区域均为无冲击危险区。
3.2 3322B工作面防冲技术
3.2.1 高压注水和钻孔卸压
3322B工作面外回风巷于2011年1月16日白班拉门施工, 支护上采用了长短锚索+U棚联合支护, 由于煤炮多发, 威力较大, 震感较强, 随于2月27日白班停止掘进 (已掘进47m) 。采取了如下防冲措施:在停掘工作面沿着施工前进方向打6个注水卸压孔, 孔深65m, 孔径Φ87mm, 然后进行高压注水, 累计注水约650m3。高压注水过程中诱发多次较强煤炮发生, 卸压效果明显。该面停掘后, 通过施工道改由另一个方向施工, 剩余78m贯通时又停掘, 在里侧掘面沿掘进方向施工9个卸压钻孔, 孔深78m, 孔径Φ153mm。当这两项防冲工程施工完毕再重新掘进施工时, 煤炮等动压现象均消失, 于5月6日白班外回风巷安全贯通。
3.2.2 卸压爆破
6月23日白班, 3322B工作面回风巷掘进1016m时, 检测屑量达到3.2kg/m, 处于超标状态。随即对掘面采取爆破卸压措施:在工作面打2个10m深的超前爆破卸压孔, 分别装药。把作业人员全部撤至150m安全距离以外后, 引爆炸药, 诱发了2.2级的冲击地压。此次冲击虽然对巷道造成一定程度的破坏, 但由于全部及时地撤离了作业人员, 成功地避免了一次可能对作业人员造成的人身伤害, 实现了对煤体的安全卸压。
3.2.3 爆破与注水组合卸压
由于3322B工作面局部含有夹石时增加了煤体强度, 单一采用高压注水时很难将煤体压裂, 不易达到卸压目的。对此, 首先对防冲注水孔进行爆破预裂, 人为降低煤岩体强度, 而后再进行高压注水, 由此形成了巷道保护带, 这在很大程度上避免或减弱了因冲击地压造成的巷道破坏。
3.2.4 垛式支架强力支护
鉴于3322B工作面遇到的高应力状况, 仅靠锚杆锚索联合支护已不能满足巷道支护需求, 在掘进和回采期间, 对严重冲击危险区域的巷道安设成组垛式支架, 增加巷道的支护强度, 提高巷道抵御冲击地压的能力。实践证明, 在严重冲击危险区, 高强度支护是维护巷道、保证有足够作业空间、保证人身及设备安全的最成功有效的措施和途径。
3.2.5 降低采面进度, 减少扰动
通过观察, 发现3322B工作面推进度对冲击地压发生有一定的影响, 当推进度为3.3m~4.4m/d时, 发生冲击就相对频繁, 当把推进度降到2.2m/d时, 冲击次数相对减少, 为此将该面的推进度降到2.2m/d。
4 结论
五龙煤矿发生冲击地压的原因:一是随着开采深度的增加导致地应力增加;二是历史上不合理的开采顺序和工作面布局, 在煤层群开采系统中存在多个采动应力集中带区。煤柱区应力活动、采场应力活动和各种生产活动的扰动因素决定了五龙矿矿震 (有时发展为冲击地压) 发生的频率、规模、强度乃至破坏性的大小。对于冲击地压的预防, 需要通过“四位一体”的综合防治措施, 并采用针对有效的消冲技术, 才能达到较好的预防冲击地压的效果。
参考文献