新型矿用充填钢模板研制及应用

张文萍

(山西煤炭职业技术学院,山西省太原市,030031)

新型矿用充填钢模板研制及应用

张文萍

(山西煤炭职业技术学院,山西省太原市,030031)

介绍了一种可伸缩式的新型充填钢模板装备和技术,其可代替现有柔模支护技术。采用钢模板支护技术可沿采空区留巷位置连续形成一个混凝土墙式支护结构,使巷道能够及时支护,降低了沿空留巷的费用和劳动强度,提高了生产效率及施工速度,保证施工安全。

沿空留巷 混凝土墙体 充填钢模板 钢模板结构

目前,大多数煤矿沿空留巷都采用柔模技术保留巷道,柔模技术要预先用纤维织物制作成柔性模袋,将模袋放置留巷的建墙位置,用混凝土泵将大流动性混凝土充填到柔模袋中,利用柔模透水不透浆的特性,将多余的水分排出,降低水灰比,提高混凝土的支护强度,在留巷位置形成一个连续混凝土墙式支护结构。峰峰集团大淑村矿402采煤工作面最初也采用柔模技术保留巷道,但柔膜技术费用较高,施工中劳动强度高。为了提高支护效率,降低支护成本及劳动强度,设计了一种可伸缩式的钢模板来代替柔模,形成充填墙体。缓解了采掘紧张局面,加快了接续能力,取得了良好的效果。

1 设计方案

峰峰集团大淑村矿402采煤工作面沿空留巷的巷道高1.7 m,宽3.2 m,长400 m,采用整体刚性结构的钢模板进行沿空留巷支护墙体的建墙。整体刚性结构的钢模板结构如图1所示,金属钢模板采用三面挡墙结构,为了适应巷道的高度变化,三面挡墙均配有可伸缩挡板,伸缩形式为外伸缩结构,每侧配有2根千斤顶并能实现单独调整。两侧伸缩挡板的前上端都配有注浆口,注浆口采用快换接头形式,方便与注浆管路快速对接。底挡箱为金属模板的主要承载部件,采用厚钢板整体焊接结构。前挡墙底部配有2根拉移千斤顶和链组,既可以与支架连接实现脱模,又可以通过单体支柱实现脱模。该金属钢模板最低高度1.1 m,最高高度1.75 m,有效容积4.95～8.12 m3。

钢模板部分部件作用及特点如下:

(1)锁紧螺栓。锁紧螺栓是伸缩挡板与固定挡箱之间的连接紧固件,通过锁紧螺栓,将伸缩挡板固定到固定挡箱上。

(2)伸缩挡板。伸缩挡板整体为焊接结构,左右两边完全对称,前端顶部设计有注浆口,使用快换接头形式,方便与注浆管路快速连接。顶部设计有一排连接孔,可以连接加高挡板实现接顶,也可以作为加强拉杆的连接孔,提高整个钢模板的强度并适应巷道高度变化的需求。中部下端两侧设有两个长孔,通过螺栓和压板将伸缩挡板与固定挡箱紧固在一起,提高伸缩挡板的强度、消除挡板与固定箱之间的间隙。伸缩挡板顶端两侧设计有连接耳,与提升千斤顶的活塞杆连接。伸缩挡板中部设计有阀座,与操作阀组连接,控制伸缩挡板的升降。

图1 矿用充填钢模板简图

(3)固定挡箱。该部件采用厚钢板整体焊接结构,是整个钢模板的基础。型腔尺寸为3 m×1.1 m,外口稍大、高度稍低以便减小脱模阻力。每面挡墙上焊接一组限位块,做为伸缩挡板的升降滑道。前端下部两侧挡墙设计有销孔,连接拉移千斤顶实现脱模。前端底板上撬,可以减小脱模时的阻力。每边底板上设计有耳板,提升千斤顶连接在耳板上。左右两面挡墙上有两排螺纹孔,前面挡墙上有一排螺纹孔,通过锁紧螺栓,将伸缩挡板锁紧。

(4)压板组件。压板组件是固定挡箱与升降挡板的连接件,使用压板组件,不但可以提高钢模板的强度,还可以消除固定挡箱与升降板的间隙,并将伸缩挡板锁紧。

(5)注浆口。在左右挡板的前端上部设计有注浆口,通过该口与注浆管路连接,向钢模板内充填混凝土料浆。另一侧的注浆口用堵头封堵,防止漏浆。

(6)提升千斤顶。提升千斤顶是实现伸缩挡板升降的驱动部件。该钢模板共有6根提升千斤顶,每面挡墙布置2根,分别与伸缩挡板和固定挡箱上的耳板相连。

(7)密封滑块。密封滑块为U型结构,封堵伸缩挡板间的缝隙。配备了两套5种规格的滑块,根据不同巷道高度,选择合适的密封滑块。

(8)拉移千斤顶。拉移千斤顶是钢模板脱模的驱动部件。在钢模板固定挡箱前端,布置2根拉移千斤顶,分别连接在固定挡箱两面侧板的下部,距离中心地面高200 mm,通过十字头实现上下左右调整。钢模板脱模有两种方法,一种方法是将十字头、拉移千斤顶、链环卡、链条和锚固座连接在一起,在锚固座上打点柱压紧锚固座,以此为支点向前拉移钢模板,千斤顶油缸收缩,实现脱模;另一种方式是将拉移千斤顶的另一端直接连在端头支架底座上,以支架为支点,千斤顶油缸收缩,实现脱模。

(9)链环卡头。链环卡头是拉移千斤顶与链环的连接件,链环卡头将拉移千斤顶与链环连接在一起。

(10)拉移链条。链条规格为26 mm×92 mm,是链环卡头与锚固座的连接件,端头支架通过链条向前拉移钢模板。

(11)锚固座。锚固座是链条与端头支架的连接件,同时还是支护支柱的底座,拉移千斤顶拉移时的支点。锚固座将链条与端头支架连接在一起。

(12)拉杆。拉杆是左右伸缩挡板的连接杆,通过拉杆提高钢模板的强度,防止其在充填料浆时变形。

钢模板的伸缩板升降及拉移千斤顶的伸缩由液压系统控制,其与液压支架的控制系统相同,主要组成由操作阀组、单向锁、管路等组成。通过操作液压系统的操作阀组,实现各千斤顶的双向动作。通过单向锁的锁紧功能,将油缸锁紧,保证油缸的伸出高度不变。

2 关键技术及创新点

沿空留巷工艺和设备经过几十年的优化和改进,如今已经有了比较理想的思路和方法。该新型钢模板,在适当的生产工艺保证下能够满足用户需要,其主要创新点如下:

(1)钢模板采用伸缩结构,对巷道的高低变化适应性很强。

(2)伸缩挡板间的缝隙通过专用的密封滑块封堵,模板腔体内衬一层薄膜可有效防止浆液外漏。

(3)钢模板内可衬一层低强度的编织袋解决密封和接顶问题。

(4)钢模板采用微开喇叭口形式,非常有利于脱模。

(5)注浆口采用快换接头形式,方便与注浆管路的快速连接。同时,注浆口进行了特殊设计,可以实现低位注浆和高位注浆的不同需求。

(6)钢模板是一种可重复使用的砌墙工具,替代价格较贵的柔模,经济性和环保性较好。

(7)钢模板支护与端头支架同步推进,使建墙速度提高,加快采煤工作面的推进速度,完整保留巷道,节约掘进成本,提高采煤生产率。

3 应用实例及推广价值

新型钢模板在大淑村矿402工作面的沿空留巷(下巷)中安装试用,用以施工沿空留巷一侧的墙体。由于钢模板可以通过调整可伸缩挡板,适应不同高度的巷道,使沿空留巷的防护墙可以一次成型。钢模板安装在机头第一支架后面。支架与钢模板之间用26 mm×92 mm的长链条连接,钢模板成墙工艺过程主要包括调试、支护、充填注浆、脱模4部分。钢模板在巷道的布置如图2所示。

图2 钢模板布置示意图

(1)调试。首先操纵钢模板的操作手柄将三面伸缩挡板调高约100 mm,选择合适的密封滑块进行安装。再次操纵该手柄将三面伸缩挡板调整到合适高度,用螺栓锁紧,安装三面伸缩挡板上的压板并锁紧,以消除伸缩挡板与固定挡箱之间的间隙。非注浆侧的接口用堵头封堵,堵头与钢模板内壁对齐,并用限位螺栓锁紧。将钢模板内腔铺好保护薄膜,方便钢模板脱模。

(2)支护。为有效防止混凝土产生的侧压力使钢模板涨变形,影响墙体外观,钢模板后端采用了开口式,在钢模板的前端布置1个临时支柱,两侧分别布置2～3个临时支柱。临时支柱与钢模板间用合适的短木桩撑紧,每个临时支柱上最少需要布置2个支撑木桩,上下端各1个,保证受力均匀。

(3)注浆。地面专门生产线按设计要求配比生产出的充填材料,由充填泵经充填管路送至钢模板内,充填料浆在钢模板内自然流平密实,充满后自然养护。注浆结束应清理干净注浆口内的混凝土,防止影响脱模操作。

(4)脱模。达到脱模要求后,首先应将临时支柱与钢模板间的支撑木桩拆除,松开固定挡箱滑道上的所有锁紧螺栓,拆除伸缩挡板上的全部锁紧螺栓和压板。操纵钢模板的操作手柄将伸缩挡板降至最低位置,并回收密封滑块。拆除钢模板前端的临时支柱,拉移千斤顶的另一端与端头支架保持相连,同时操纵手柄使拉移千斤顶活塞杆回收,钢模板与混凝土墙渐渐脱开。一般至少需要3个循环伸缩拉移千斤顶才能完成脱模。脱模后钢模板与混凝土墙应保留有100 mm的重合度并及时清理模板内壁以满足下次注浆的需要,最后拆除两侧的临时支柱。

该钢模板在大淑村矿402工作面经过3个多月的运行,取得了较好的成绩,期间完成400 m的混凝土墙体,设备使用正常。由于节省了原先的柔模袋,从而大幅度降低了生产成本,与原来的柔模注浆相比,共节约了23.46万元。截至2014年8月,该新型矿用充填钢模板在峰峰集团大淑村矿402工作面投入使用以来,已成功完成了1000 m的沿空留巷支护,有效降低了保留巷道的成本。钢模板的强度高、适应性强、操作简单、安全可靠,为煤矿安全、高效生产提供了强有力的保障。取得了较好的经济效益和社会效益,对建设绿色矿山起到很大的促进作用,具有广阔的市场应用前景。

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(责任编辑 张毅玲)

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

张文萍(1963－),女,山西临汾人,讲师,研究方向为煤矿机械自动化。