錨桿在煤礦巷道支護(hù)中應(yīng)用

王建芳

(陜西澄合合陽煤炭開發(fā)有限公司)

錨桿在煤礦巷道支護(hù)中應(yīng)用

王建芳

(陜西澄合合陽煤炭開發(fā)有限公司)

從錨桿支護(hù)理論入手，分別對(duì)錨桿支護(hù)的適用條件、預(yù)應(yīng)力參數(shù)設(shè)計(jì)、錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的可行性等方面對(duì)錨桿支護(hù)在煤礦巷道中的應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)錨桿施工流程及注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)，為確保煤礦安全生產(chǎn)提供參考。

煤礦巷道 錨桿支護(hù) 預(yù)應(yīng)力參數(shù) 聯(lián)合支護(hù) 施工流程

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)大部分煤礦巷道施工中都運(yùn)用了錨桿支護(hù)技術(shù)，伴隨挖掘施工技術(shù)的迅猛發(fā)展，當(dāng)前應(yīng)用的錨桿支護(hù)的技術(shù)水平得到了一定程度的提升，隨著全新的錨桿支護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)各煤礦的不斷普及，顯著提升了煤礦開采的安全性[1-3]。在分析煤礦巷道錨桿支護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，探討了錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的運(yùn)用情況，并給出了錨桿施工流程與質(zhì)量檢測(cè)的具體措施，為相關(guān)應(yīng)用提供參考。

1 煤礦巷道錨桿支護(hù)系統(tǒng)

現(xiàn)階段，加固拱理論、懸吊理論以及組合梁理論等都屬于錨桿支護(hù)的理論范疇。懸吊理論屬于早期使用的錨桿支護(hù)理論，具備通俗易懂、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，其主要運(yùn)用在頂板上部具有穩(wěn)定的巖石層，并且下部具有一些破碎或松散的巖石層的煤礦巷道中。懸吊理論的不足在于僅考慮了錨桿的抗拉效果，未能很好地顧及錨桿的抗剪水平。組合梁理論認(rèn)為，錨桿自身所供應(yīng)的軸向力會(huì)對(duì)巖石層的離層進(jìn)行限制，有效加強(qiáng)巖石層之間的摩擦力，使其可與錨桿所供應(yīng)的抗剪力共同限制巖層之間出現(xiàn)滑動(dòng)的情況。組合梁理論有效顧及了錨桿對(duì)于巖石層離層與滑動(dòng)之間的制約效果，該理論通常運(yùn)用于層狀的巖石層支護(hù)中。加固拱理論認(rèn)為，即便是在破碎、松軟或者松散的巖石層中運(yùn)用錨桿，也能夠產(chǎn)生承載的效果，各個(gè)錨桿之間保持良好的距離，便可在巖石中形成一個(gè)均勻的壓縮帶，使其能夠承載破壞區(qū)域上部破碎巖石所帶來的壓力。加固拱理論較好地運(yùn)用了錨桿支護(hù)的整體效果，有助于提升煤礦的生產(chǎn)效率。通常來說，單體錨桿運(yùn)用于巖石性質(zhì)的巷道、具備較為完整的圍巖巖體的巷道中實(shí)施加固施工，但在一些圍巖偏軟或擁有偏大破碎規(guī)模的壓巷道、圍巖巷道和煤礦巷道，單體錨桿支護(hù)效果不太理想。

2 預(yù)應(yīng)力參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 錨桿預(yù)應(yīng)力

井下支護(hù)實(shí)踐證明，合理的預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索支護(hù)能夠有效控制離層與滑動(dòng)，因此，錨桿與錨索預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的原則是控制圍巖不出現(xiàn)明顯的離層、滑動(dòng)與拉應(yīng)力區(qū)。借鑒國(guó)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合國(guó)內(nèi)部分礦區(qū)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可選擇錨桿預(yù)應(yīng)力為桿體屈服載荷的30%～60%。錨桿直徑越大,桿體材質(zhì)強(qiáng)度越高，要求的預(yù)應(yīng)力值則越高。

2.2 錨桿預(yù)應(yīng)力提升措施

提高錨桿預(yù)應(yīng)力的技術(shù)措施有：①提高螺母預(yù)緊力矩；②提高扭矩轉(zhuǎn)換系數(shù)。美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家普遍采用錨桿臺(tái)車、掘錨聯(lián)合機(jī)組施工錨桿。錨桿鉆機(jī)的輸出扭矩大，有的超過500 N·m，能夠保證錨桿的高預(yù)應(yīng)力。國(guó)內(nèi)普遍采用的鉆機(jī)鉆裝錨桿的鉆機(jī)輸出扭矩一般為100～150 N·m，無法實(shí)現(xiàn)錨桿的高預(yù)應(yīng)力。為了顯著提高錨桿預(yù)緊力矩，①采用專門的高扭矩螺母擰緊設(shè)備(如大扭矩扳手及扭矩倍增器)；②在適宜的條件下，引進(jìn)、開發(fā)錨桿臺(tái)車和掘錨聯(lián)合機(jī)組，確保錨桿快速、高質(zhì)量安裝。提高扭矩轉(zhuǎn)換系數(shù)的主要措施：①提高螺紋加工精度等級(jí)，降低螺母與錨桿螺紋段的摩擦系數(shù)；②在螺母與托板之間加減摩墊片,減小螺母、墊圈端面的摩擦系數(shù)。

3 錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的可行性

單個(gè)錨桿和錨索在其所施工的巖體四周產(chǎn)生一種錨桿、錨索的共同周圍應(yīng)力，僅需調(diào)整錨索與錨桿的間距，便可在群錨的共同作用下，在煤礦的巖體中產(chǎn)生承載力，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的有效支護(hù)。煤礦挖掘巷道在運(yùn)用錨索與錨桿共同支護(hù)方法時(shí)，有必要考慮巷道的使用時(shí)間、地應(yīng)力、巖體的節(jié)理情況、巖石的軟硬程度、巖石的完整情況以及它們是否受到動(dòng)壓的干擾，以便明確錨索與錨桿的具體支護(hù)模式。

在采礦巷道支護(hù)施工中，金屬網(wǎng)、錨桿和錨索共同使用的支護(hù)模式屬于使用最多的一種支護(hù)模式。鋼帶、錨桿與錨索的抗彎強(qiáng)度偏弱，易出現(xiàn)貼頂?shù)那闆r，其可承載的壓力偏低，在平整煤礦巷道頂板時(shí)，通常采用錨桿加固偽頂，這是因?yàn)殇摿号c錨桿可承載巨大的壓力，錨桿的桁架經(jīng)過運(yùn)用拉桿所形成的擠壓力可消除或降低下位巖層中的拉應(yīng)力，從獲得頂板巖石層承受壓力、拉桿承受拉應(yīng)力的效果。若巷道兩幫圍巖體的強(qiáng)度較高，頂板完整性較好，也可運(yùn)用錨索與錨桿的聯(lián)合支護(hù)模式，保障采礦巷道的安全性。

4 錨桿施工流程與注意事項(xiàng)

4.1 錨桿施工流程

(1)鉆孔。運(yùn)用MZ-12型煤電鉆實(shí)施錨桿鉆孔，在每次實(shí)施爆破之前，施工處距工作面的空頂必須控制在60 cm以下。當(dāng)爆破工作完成后，立即在永久支護(hù)的掩護(hù)下，將前探梁延伸至工作面上，確保前探梁與工作面保持平行，同時(shí)使用長(zhǎng)柄工具在永久支護(hù)的掩護(hù)下，消除傘檐、零皮以及活矸煤等各類安全隱患，在保障無誤后，立即使用木楔子和半緣木進(jìn)行固定。在錨桿鉆孔時(shí)，將與之對(duì)應(yīng)的前探梁進(jìn)行推后處理，在打完鉆孔后，將前探梁推至與工作面平行，再將相近的前探梁實(shí)施后推，不斷反復(fù)，直至永久支護(hù)安裝到工作面為止。

(2)錨桿安裝。錨桿鉆孔完成后，首先采用樣孔順著錨桿實(shí)施多次進(jìn)退，清潔樣孔中的煤渣，從而保障錨桿的錨固力不受損害，運(yùn)用錨桿將樹脂藥送至孔底；然后使用風(fēng)鉆或煤電鉆實(shí)施攪拌約25 s，當(dāng)凝固后再去除鉆掛網(wǎng)，15 min后安裝托板，擰緊對(duì)應(yīng)的螺絲，托板必須與巖石面、煤面靠緊，從而保障承載的效果，防止頂板出現(xiàn)離層的情況。

(3)錨網(wǎng)支護(hù)。必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施打錨桿，根據(jù)中線確定錨桿的具體位置畫眼，錨桿間的排距誤差應(yīng)控制在100 mm以內(nèi)。錨桿必須與煤層和工作層面垂直，巷道、錨桿和頂板輪廓線的夾角應(yīng)大于75°。錨桿上部必須配有木錨盤，螺紋的外漏長(zhǎng)度應(yīng)為10～30 mm。錨桿錨的固力必須達(dá)到頂150 kN、幫150 kN以上。間隔100 m的巷道必須至少實(shí)施1次錨桿拉力試驗(yàn)，同時(shí)做好對(duì)應(yīng)的標(biāo)記工作。擰緊錨桿螺母應(yīng)運(yùn)用力矩扳手，擰緊的力矩應(yīng)在100 N·m以上。金屬網(wǎng)的搭接應(yīng)為100 mm，每間隔200 mm運(yùn)用聯(lián)網(wǎng)絲進(jìn)行扭結(jié)，運(yùn)用雙邊三花實(shí)施連接，連接點(diǎn)必須均勻，金屬網(wǎng)應(yīng)平展，巷道和頂網(wǎng)的中心線應(yīng)確保垂直鋪設(shè)。

(4)架棚支護(hù)。在進(jìn)行架棚時(shí)，腿與梁應(yīng)在450 mm處實(shí)施搭接，每幫上部3個(gè)卡纜的螺絲必須擰緊，若棚腿不合格，腿與梁處可采用打木楔的方式，卡纜間距應(yīng)為80 mm。每次進(jìn)行爆破時(shí)，應(yīng)在柱根處與連板處各打上1根撐桿，撐桿間應(yīng)保持平行，間距保持在10 m以上。

(5)噴射混凝土。運(yùn)用425#以上的水泥，并且運(yùn)用細(xì)砂來噴射混凝土。噴射時(shí)，應(yīng)先噴頂，然后噴幫，滯后的距離應(yīng)當(dāng)控制在50 m以內(nèi)，受噴面與噴射頭之間應(yīng)盡可能保持垂直。

4.2 注意事項(xiàng)

①在煤礦巷道挖掘施工進(jìn)程中應(yīng)密切關(guān)注巷道四周巖層的實(shí)際環(huán)境，及時(shí)進(jìn)行抗壓承載力勘測(cè)，從而有效避免出現(xiàn)塌方或坍塌現(xiàn)象；②錨桿支護(hù)施工必須嚴(yán)格遵循有關(guān)的制度與標(biāo)準(zhǔn)開展；③各錨桿的間距必須通過精確、詳細(xì)的測(cè)量之后，方可進(jìn)行施工；④錨桿放置與煤礦巷道挖掘的有關(guān)工具與材料必須滿足相關(guān)規(guī)定，避免出現(xiàn)偷工減料的情況；⑤煤礦巷道錨桿支護(hù)使用進(jìn)程中應(yīng)定期對(duì)錨桿的穩(wěn)固性進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確記錄錨桿的拉力與承壓力等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)異常，則應(yīng)立即采取必要的補(bǔ)救措施。

5 結(jié) 語

良好的支護(hù)工作是保障煤礦巷道安全的重要前提，使用錨桿加固煤礦巷道，有助于確保煤礦巷道的安全。通過深入分析錨桿在煤礦巷道支護(hù)中的應(yīng)用情況，并就錨桿支護(hù)施工的基本流程以及注意點(diǎn)進(jìn)行了剖析，對(duì)于提高煤礦巷道錨桿的支護(hù)效果具有一定的參考價(jià)值。

[1] 欒東朋，曲炳強(qiáng)，李典兵，等.高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)在厚大破碎礦體中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(7)：189-190

[2] 支剛保，李利東，高興利，等.木瓜采煤工作面錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(3)：152-153.

[3] 王文才，董方方，孟祥甜，等.全長(zhǎng)錨固錨桿拉拔荷載傳遞規(guī)律的研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(2)：139-140.

2015-09-15)

王建芳(1975—)，男，工程師，碩士，715300 陜西省渭南市。