輕型支架放頂煤開采技術(shù)簡介

隨著綜放技術(shù)的發(fā)展，綜放的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。針對原來不能使用綜放或使用綜放效果不好的厚煤層，一些礦應(yīng)用了輕型支架放頂煤開采技術(shù)，取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

輕型支架放頂煤（簡稱輕放）開采技術(shù)和普通綜放的區(qū)別就在于其支架為輕型放頂煤支架。輕型放頂煤支架重量輕、體積小，對煤厚變化適應(yīng)性強(qiáng)，對于復(fù)雜的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，而且添架、撤架工作面搬家方便，初期投資少，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。因此，輕放工作面數(shù)量增長很快，如峰峰礦務(wù)局1996-1998年投產(chǎn)了8個輕放工作面，開灤礦務(wù)局1997-1998年間有6個輕放面投產(chǎn) 。

輕型放頂煤支架突出的特點(diǎn)是“輕”，即拆裝運(yùn)方便，能夠適應(yīng)采面的變化，利用絞車配合單體液壓支柱即可實(shí)現(xiàn)拆除和裝車工作，頂板易于維護(hù)，對生產(chǎn)影響小，安全程度高。

下面以ZFQ2000/16/24放頂煤液壓支架為例，說明輕型放頂煤支架的基本特點(diǎn)：

該支架為四柱式，剛性整體梁單擺桿，擺動尾梁配合伸縮插板及聯(lián)動噴霧裝置的低位放頂煤支架。支架有以下特點(diǎn)：

（1）外形尺寸小、重量輕，適于巷道的整體運(yùn)輸。

（2）適應(yīng)性強(qiáng)。對地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，工作面被斷層切割嚴(yán)重，呈不規(guī)則的幾何形狀，工作面長度變化大，實(shí)際可采儲量小，搬家倒面頻繁的工作面，該支架具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能在不影響生產(chǎn)的情況下方便地加減支架，且搬家倒面快捷便利，并可順利通過落差不大于采高的斷層，保證工作面正常生產(chǎn)。

（3）該支架功能齊全、安全性好。除具有普通型支架的支護(hù)、護(hù)幫、側(cè)護(hù)等功能外還有尾梁和插板，通過支架尾部進(jìn)行低位放頂煤。

支架的技術(shù)參數(shù)如下：

支撐高度1600-2400mm，護(hù)幫板長度600mm，插板伸縮量600mm，底板平均比壓1.32MPa。支架寬度1220-1270mm，工作阻力2000kN，初撐力1540kN，支護(hù)強(qiáng)度0.51MPa，支架中心距1250mm，支架外形尺寸4400mm×1600mm×1220mm，自重5500kg 。

下面以唐山礦2429N工作面說明輕型放頂煤開采工藝。

1.工作面條件

2429N工作面位于唐山礦十二水平四石門，屬9煤層，為三面采空的孤島煤柱，工作面平均走向長205m，可采走向長150m，斜長平均40m，儲量6.22萬t。煤層傾角平均14°，煤厚平均7m，屬較穩(wěn)定煤層。老頂為灰白色一淺褐色粗砂巖，厚9.8m；直接頂為灰色泥巖，厚0.49m；直接底為深灰一淺灰色砂質(zhì)泥巖。

兩巷均沿底板布置，拱形支架，棚距0.7m，工作面上下端頭采用3.3m型鋼梁、配合單體柱進(jìn)行支護(hù)，成對使用。

2.工作面設(shè)備

工作面主要配套設(shè)備有ZFQ2400-16/24型液壓支架，MG-200W雙滾筒采煤機(jī)，SGD-630/220型及SGB-630/150型可彎曲刮板輸送機(jī)。

3.采放工藝

進(jìn)刀方式：采煤機(jī)進(jìn)刀方式采取端頭斜切進(jìn)刀，自開缺口，每刀進(jìn)度0.5m。

移架方式：采取本架操作，及時(shí)支護(hù)，采煤機(jī)割煤后及時(shí)伸出前探梁，移架滯后采煤機(jī)后滾筒3-5m，追機(jī)帶壓擦頂移架，頂板破碎時(shí)緊跟采煤機(jī)前滾筒停機(jī)移架，片幫處超前移架。

循環(huán)方式：采用正規(guī)循環(huán)，每個循環(huán)割兩刀煤，移架兩次，推移前溜兩次，放煤一次，拉后溜兩次，循環(huán)進(jìn)度1m。

4.合理的放煤參數(shù)

工作面支架支撐高度1.6-2.4m，采煤機(jī)采高1.4-3.0m。在滿足支架高度調(diào)整范圍的情況下采高越大，后輸送機(jī)空間越大，放煤效果越好，為此決定采高為2.3m，放煤高度為4.7m，采放比為1:2.04。

合理的放煤步距是提高回收率和降低含矸率的重要參數(shù)之一，唐山礦輕放經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)放煤口的水平投影與放煤步距相等時(shí)，回采率高，含矸率低。工作面支架尾梁加插板的長度為1290m，水平投影為988mm，故取放煤步距為1.0m，兩采一放。

針對工作面的具體條件進(jìn)行了放煤步距試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)可知，放煤步距1m即兩采一放時(shí)回采率較高，灰份較少，放煤效果好。

5.放煤方式

應(yīng)根據(jù)具體條件選擇放煤方式，主要根據(jù)煤厚來確定。一般情況下，煤層較薄時(shí)，采取單輪放煤，煤層較厚時(shí)，采取多輪放煤。間隔放煤比順序放煤效果好，單輪放煤工藝簡單，易于操作，多輪放煤工藝復(fù)雜，操作技術(shù)要求高。

多（雙）輪隔架效果較好，但管理上、操作上要求高，多（雙）輪順序放煤方式效果也較好，且操作簡單方便，故決定采取后者。

6.放煤方式及要求

雙人雙（多）輪順序放煤是利用擺動擺梁收伸插板實(shí)現(xiàn)放煤，但應(yīng)注意如下問題：

（1）首輪放煤為粗放，放煤速度要快，每架不超過1min。

（2）第2-3輪為細(xì)放，要求放凈頂煤，見矸停放。

（3）兩個端頭的2-3架要反復(fù)多次放煤，放凈頂煤。

（4）兩人放煤要配合好，靠近機(jī)頭側(cè)的人員要視輸送機(jī)內(nèi)煤量放煤，保持煤量均勻，避免煤量過大外溢。

（5）不要在上擺擺梁的同時(shí)外伸插板，防止損壞插板機(jī)構(gòu)。

（6）放煤先開水，無水不放煤 。

《高輕型支擋技術(shù)及應(yīng)用》構(gòu)建了高輕型支擋結(jié)構(gòu)的理論及應(yīng)用體系。內(nèi)容包括：高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻（分離式和現(xiàn)澆式）、高輕型錨定板擋土墻和高陡度預(yù)應(yīng)力錨索框架三種結(jié)構(gòu)的受力模型和設(shè)計(jì)計(jì)算方法、施工工藝和施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)病害分析及整治對策。

《高輕型支擋技術(shù)及應(yīng)用》可供從事支擋結(jié)構(gòu)科研、設(shè)計(jì)、施工的科學(xué)技術(shù)人員參考和使用，也可供相關(guān)高等院校的師生參考學(xué)習(xí)。

序一

序二

序三

序四

前言

第1章　緒論

1.1　一般支擋結(jié)構(gòu)

1.1.1　一般支擋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1.2　一般支擋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展

1.2　高輕型支擋結(jié)構(gòu)

1.2.1　高輕型支擋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.2.2　高輕型支擋結(jié)構(gòu)的選擇原則

1.2.3　高輕型支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用中存在的問題

1.3　本書內(nèi)容介紹

第一篇　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻

第2章　概述

2.1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.2　結(jié)構(gòu)適用條件

2.3　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻應(yīng)用研究現(xiàn)狀

2.3.1　應(yīng)用歷程

2.3.2　應(yīng)用研究現(xiàn)狀

2.3.3　應(yīng)用研究存在的問題

第3章　分離式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻的試驗(yàn)研究

3.1　試驗(yàn)概況

3.1.1　試驗(yàn)工點(diǎn)介紹

3.1.2　試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)方法

3.1.3　分離式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻施工工況劃分及試驗(yàn)過程

3.2　試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1　A1工況力學(xué)特性

3.2.2　B工況力學(xué)特性

3.2.3　A(除AI)工況力學(xué)特性

3.2.4　C工況力學(xué)特性

3.2.5　幾個關(guān)鍵技術(shù)問題

第4章　分離式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻設(shè)計(jì)計(jì)算方法

4.1　有限差分彈性地基梁法

4.2　彈性抗力系數(shù)的確定

4.3　分離式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻內(nèi)力計(jì)算

4.4　分離式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第5章　整體現(xiàn)澆式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性及設(shè)計(jì)計(jì)算方法

5.1　整體現(xiàn)澆式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性試驗(yàn)研究

5.1.1　試驗(yàn)概況

5.1.2　各工況力學(xué)特性

5.2　整體現(xiàn)澆式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻設(shè)計(jì)計(jì)算方法

5.2.1　整體現(xiàn)澆式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻內(nèi)力計(jì)算

5.2.2　整體現(xiàn)澆式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第6章　分離式預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例

6.1　概況

6.2　樁內(nèi)力計(jì)算

6.3　預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第7章　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻施工

7.1　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻施工順序

7.2　預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻總體施工方法

7.3　樁、擋土板施工

7.4　預(yù)應(yīng)力錨索施工

第8章　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)物病害分析及整治

8.1　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)物病害分析

8.1.1　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)物病害分類

8.1.2　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)物病害調(diào)查分析

8.2　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻缺損病害整治措施

8.2.1　預(yù)應(yīng)力錨索缺損病害加固

8.2.2　樁的缺損病害加固

8.2.3　板的缺損病害加固

8.2.4　樁錨固段巖體病害加固

8.2.5　連接破壞的加固

8.2.6　整體破壞

8.3　高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻病害整治實(shí)例

8.3.1　元磨高速公路K296 545～ 700段預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻的病害整治

8.3.2　水麻高速公路豆沙關(guān)立交AK0 060～ 275.5段預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻的病害整治

本篇小結(jié)

第二篇　高輕型錨定板擋土墻

第9章　概述

9.1　結(jié)構(gòu)組成

9.2　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

9.3　結(jié)構(gòu)適用條件

9.4　高輕型錨定板擋土墻應(yīng)用研究現(xiàn)狀

9.5　應(yīng)用研究存在的問題

第10章　高輕型錨定板擋土墻設(shè)計(jì)

10.1　墻背土壓力計(jì)算

10.2　錨定板設(shè)計(jì)

10.3　預(yù)應(yīng)力錨索拉桿設(shè)計(jì)

10.4　肋柱及樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

10.5　擋土板設(shè)計(jì)

10.6　整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

第11章　高輕型錨定板擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例

11.1　概況

11.2　設(shè)計(jì)斷面及土壓力計(jì)算

11.3　錨定板抗拔力計(jì)算

11.4　錨定板擋土墻內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算

11.5　錨定板和擋土板荷載計(jì)算

11.6　錨定板和擋土板配筋計(jì)算

11.7　錨定板擋土墻樁的內(nèi)力計(jì)算

11.8　錨定板擋土墻整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

第12章　高輕型錨定板擋土墻施工方法和質(zhì)量檢驗(yàn)

12.1　高輕型錨定板擋土墻施工順序

12.2　高輕型錨定板擋土墻施工方法

12.3　施工質(zhì)量檢驗(yàn)

第13章　高輕型錨定板擋土墻的病害分析與整治

13.1　結(jié)構(gòu)物病害分析

13.1.1　高輕型錨定板擋土墻缺損病害分類

13.1.2　高輕型錨定板擋土墻病害分析與調(diào)查

13.2　高輕型錨定板擋土墻缺陷病害的整治措施

本篇小結(jié)

第三篇　高陡度預(yù)應(yīng)力錨索框架

第14章　概述

14.1　結(jié)構(gòu)組成

14.2　作用機(jī)理

14.3　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

14.4　結(jié)構(gòu)適用條件

14.5　預(yù)應(yīng)力錨索框架應(yīng)用現(xiàn)狀

14.5.1　應(yīng)用歷程

14.5.2　應(yīng)用研究現(xiàn)狀

14.5.3　應(yīng)用和研究存在的問題

第15章　預(yù)應(yīng)力錨索框架現(xiàn)場試驗(yàn)研究

15.1　試驗(yàn)工點(diǎn)概況

15.1.1　試驗(yàn)工點(diǎn)選擇

15.1.2　試驗(yàn)工點(diǎn)工程概況

15.2　試驗(yàn)內(nèi)容和方法

15.2.1　試驗(yàn)內(nèi)容和測試方法

15.2.2　各試驗(yàn)工點(diǎn)的試驗(yàn)規(guī)模和內(nèi)容

15.3　試驗(yàn)結(jié)果分析

15.3.1　錨索拉力試驗(yàn)結(jié)果分析

15.3.2　框架梁內(nèi)力試驗(yàn)結(jié)果分析

15.3.3　框架和邊坡之間接觸應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果分析

15.3.4　框架節(jié)點(diǎn)位移試驗(yàn)結(jié)果分析

15.3.5　壓力型錨索軸向應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果分析

15.4　反演分析

15.4.1　反演分析的目的

15.4.2　反演分析的方法

15.4.3　試驗(yàn)工點(diǎn)的反演分析

15.5　預(yù)應(yīng)力錨索框架幾個關(guān)鍵技術(shù)問題

15.5.1　結(jié)構(gòu)受力模型

15.5.2　預(yù)應(yīng)力錨索長度和預(yù)應(yīng)力錨索框架的安全穩(wěn)定性

15.5.3　錨索拉力的確定和分配

15.5.4　框架尺寸

15.5.5　邊坡接觸應(yīng)力

15.5.6　錨索張拉鎖定

第16章　預(yù)應(yīng)力錨索框架設(shè)計(jì)計(jì)算方法

16.1　彈性地基框架有限差分法

16.1.1　計(jì)算理論依據(jù)

16.1.2　用途

16.1.3　基本假設(shè)

16.1.4　計(jì)算模型及受力體系

16.1.5　計(jì)算方法

16.2　剛性支座上連續(xù)梁法

16.2.1　用途

16.2.2　基本假設(shè)

16.2.3　計(jì)算方法

16.3　彈性地基框架的簡化計(jì)算

16.3.1　彈性地基框架結(jié)構(gòu)簡化法

16.3.2　彈性地基框架節(jié)點(diǎn)簡化法

16.3.3　忽略橫梁作用的彈性地基梁法

16.3.4　框架整體差分法

16.3.5　鏈桿法

16.3.6　美國混凝土學(xué)會推薦的方法

16.4　各種計(jì)算方法的對比分析

16.4.1　計(jì)算流程對比

16.4.2　適用性對比

16.4.3　具體實(shí)例分析對比

第17章　預(yù)應(yīng)力錨索框架施工

17.1　施工準(zhǔn)備

17.2　預(yù)應(yīng)力錨索框架施工工藝流程

17.3　預(yù)應(yīng)力錨索框架施工方法

17.4　坡面綠化

本篇小結(jié)

參考文獻(xiàn)

我國山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，大規(guī)模的工程建設(shè)不斷推動邊坡支擋技術(shù)的發(fā)展。一些高輕型支擋結(jié)構(gòu)，如高輕型預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻、高輕型錨定板擋土墻和高陡度預(yù)應(yīng)力錨索框架等，其使用墻高已遠(yuǎn)超過現(xiàn)有規(guī)范的限制。但由于設(shè)計(jì)方法的不完善，或施工技術(shù)的不成熟，工程中也出現(xiàn)過一些事故和病害。該書作者參與了這些工程病害的調(diào)查和整治。作者又依托云南省山區(qū)高速公路的建設(shè)，針對上述三類高輕型支擋結(jié)構(gòu)，選擇有代表性的工點(diǎn)，埋設(shè)多種傳感元件，結(jié)合工程施工過程和開通運(yùn)營后，觀測結(jié)構(gòu)各部位的受力和變形的發(fā)展變化，積累了大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。書中介紹了一些典型病害事故工程的調(diào)查分析和整治措施實(shí)例，并提供了某些試驗(yàn)工程的系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)和分析對比資料。在此基礎(chǔ)上，作者總結(jié)上述三類高輕型支擋結(jié)構(gòu)受力模式、設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法、施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、工程病害調(diào)查分析方法和整治措施。2100433B