樹(shù)脂錨桿在煤巷支護(hù)中的應(yīng)用研究

林世豪，王世潭

（龍巖學(xué)院 資源工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

樹(shù)脂錨桿在煤巷支護(hù)中的應(yīng)用研究

林世豪，王世潭

（龍巖學(xué)院 資源工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

為了探索福建地方煤礦回采巷道的有效支護(hù)方式，結(jié)合龍?zhí)睹旱V回采巷道的支護(hù)實(shí)踐和具體的生產(chǎn)技術(shù)條件，提出在煤巷中采用樹(shù)脂錨桿的支護(hù)方式.通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，錨桿的拉拔力符合支護(hù)要求，巷道表面變形量較管縫式錨桿支護(hù)明顯減小，支護(hù)狀態(tài)良好.實(shí)踐表明，煤巷中采用樹(shù)脂錨桿支護(hù)較之其他支護(hù)方式，具有初錨力大支護(hù)及時(shí)有效、綜合支護(hù)成本低、避免或減少巷道的返修率等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)同類(lèi)煤礦的回采巷道支護(hù)有較好的指導(dǎo)作用.

樹(shù)脂錨桿；煤巷；施工工藝；支護(hù)效果；支護(hù)質(zhì)量

1 問(wèn)題的提出

龍?zhí)睹旱V是設(shè)計(jì)能力21萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)礦井，井田內(nèi)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)比較復(fù)雜.礦井主采煤層的回采巷道走向長(zhǎng)度比較大、維護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，加上一段地層圍巖層理發(fā)育，容易風(fēng)化脫層、片幫，給巷道支護(hù)工作增加了難度，傳統(tǒng)的支護(hù)方式已不能適應(yīng)煤礦發(fā)展的要求.近年來(lái)采用注漿錨桿和管縫式錨桿支護(hù)，雖然都改變了傳統(tǒng)的支護(hù)理念，也取得了較好的效果，但由于注漿錨桿工藝復(fù)雜，砂漿有硬化過(guò)程，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到錨固力要求；管縫式錨桿也由于易氧化腐蝕，沒(méi)有足夠的耐久性，而且對(duì)錨桿的安裝要求高，不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)導(dǎo)致錨固力下降，使巷道發(fā)生變形、片幫甚至冒頂，迫使重新采用架設(shè)工字鋼棚、U型鋼棚進(jìn)行維修，既影響生產(chǎn)又造成損失.而樹(shù)脂錨桿所具有的施工工藝簡(jiǎn)單、支護(hù)及時(shí)、初錨力強(qiáng)、錨固力大等特點(diǎn)恰能彌補(bǔ)上述的不足.因此，加強(qiáng)煤巷樹(shù)脂錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究，對(duì)同類(lèi)煤礦的煤巷支護(hù)技術(shù)的改革具有一定的示范作用和重要的現(xiàn)實(shí)意義.

2 支護(hù)參數(shù)選擇及施工工藝

2.1 試驗(yàn)巷道的基本條件

試驗(yàn)巷道為龍?zhí)睹旱V302采區(qū)-50～37#N運(yùn)巷，巷道長(zhǎng)度350m，掘進(jìn)斷面5.8m2，巷道斷面形狀為不規(guī)則型.37#煤層位于龍永煤田一段地層中部，上距39#煤層66m，頂板為黑灰色泥巖，厚度6m，水平微細(xì)層理，近煤3m內(nèi)黃鐵礦絲體及條帶結(jié)核豐富，產(chǎn)動(dòng)物化石，底板為石英細(xì)砂巖.煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平均厚度0.85m，傾角穩(wěn)定屬較穩(wěn)定煤層.

2.2 支護(hù)參數(shù)選擇

2.2.1 錨桿長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)

根據(jù)松動(dòng)圈理論，可以用超聲波圍巖裂隙探測(cè)儀測(cè)量巷道圍巖的松動(dòng)圈深度L2，考慮錨固于穩(wěn)定圍巖中的長(zhǎng)度L1不小于350mm，加上錨桿外露長(zhǎng)度L3（通常為100mm）便可根據(jù)錨桿長(zhǎng)度計(jì)算公式：L=L1+L2+L3確定錨桿長(zhǎng)度.經(jīng)測(cè)試，試驗(yàn)巷道圍巖松動(dòng)圈深度為下幫1505mm、頂幫1325mm、上幫1350mm，由L=L1+L2+L3=1955mm，確定錨桿長(zhǎng)度為2.0m.

2.2.2 錨桿的間排距

對(duì)于煤巷通常按擠壓加固拱理論來(lái)設(shè)計(jì)錨桿間排距，亦即錨桿的間排距取決于擠壓加固拱的厚度和強(qiáng)度.當(dāng)選用的錨桿長(zhǎng)度和強(qiáng)度較大，如果安裝及時(shí)且有足夠大的預(yù)緊力時(shí)，間排距可以大一些，通?？蛇_(dá)到0.9-1.0m，結(jié)合該礦類(lèi)似巷道管縫式錨桿支護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮在結(jié)合錨網(wǎng)使用時(shí)要縮小錨桿的間排距，加密布眼壓網(wǎng)，因此最終確定錨桿的間排距為0.9m，巷道錨桿布置方式見(jiàn)圖1.

圖1 巷道支護(hù)斷面圖

2.3 支護(hù)材料選擇

煤巷樹(shù)脂錨網(wǎng)支護(hù)所需材料主要有錨桿以及錨桿配件、錨固劑和金屬網(wǎng).巷道頂幫錨桿均采用20*2000mm的螺紋鋼錨桿，一端加工成麻花狀，起到攪拌藥卷和固定的作用，另一端做成螺紋可以鎖上托盤(pán)；錨桿配件主要有快裝螺母、球形墊、穹形托盤(pán)；錨固劑選用Z2360樹(shù)脂錨固劑，頂幫錨桿各配一支樹(shù)脂錨固劑實(shí)現(xiàn)加長(zhǎng)錨固，煤巷的護(hù)網(wǎng)采用菱形金屬網(wǎng)，為提高煤巷的支護(hù)效果，網(wǎng)孔選用30mm* 30mm.

2.4 施工設(shè)備及工藝

樹(shù)脂錨桿支護(hù)的施工設(shè)備包括巷道掘進(jìn)正常使用的24型風(fēng)鉆及壓風(fēng)管、長(zhǎng)度為1.0m、1.5m、2.2m的鉆桿、直徑28mm的鉆頭、TJ-9型風(fēng)動(dòng)錨桿攪拌器、QB-16風(fēng)動(dòng)扳手、手動(dòng)扳手等.

施工工藝順序：按掘進(jìn)工作面作業(yè)規(guī)程施工巷道-通風(fēng)、敲幫問(wèn)頂→出煤或部分矸石→按0.9m間排距及“三花眼”的方式確定錨桿眼的位置→用￠28鉆頭、利用2200mm鉆桿準(zhǔn)確布鉆打眼，錨桿眼深度控制在2070mm±10mm→用壓風(fēng)管的高壓風(fēng)吹凈錨桿眼內(nèi)粉塵→用桿體將樹(shù)脂錨固劑頂入眼底，再開(kāi)動(dòng)錨桿攪拌器帶動(dòng)錨桿轉(zhuǎn)動(dòng)40s左右，并勻速地將錨桿推至眼底等錨固劑固結(jié)后→裝上托盤(pán)螺母及安裝器，用風(fēng)動(dòng)扳手或手動(dòng)扳手上緊螺母，使整個(gè)錨桿體連成一體形成有效的錨固力→根據(jù)上根錨桿的安裝及支護(hù)效果確定是否打下一個(gè)錨桿眼→打出下一個(gè)錨桿眼后按前述工序安裝樹(shù)脂錨桿.在圍巖較破碎的巷道或煤巷、半煤巖巷中，樹(shù)脂錨桿結(jié)合金屬網(wǎng)使用可以起到“加固拱”的作用，同時(shí)可以形成以錨桿主的整體承載結(jié)構(gòu)，改善錨桿支護(hù)的效果.

3 支護(hù)效果分析

3.1 錨桿有效性檢測(cè)

利用錨桿拉力計(jì)對(duì)已安裝的錨桿進(jìn)行抽查，在常規(guī)測(cè)試時(shí)做到每星期抽查錨桿數(shù)量不少于15根，其中錨固時(shí)間在24小時(shí)以?xún)?nèi)的錨桿不少于總數(shù)的60%、兩幫錨桿的比例也要求不少于總抽查數(shù)的60%.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)失效的錨桿，巷道頂板、兩幫樹(shù)脂錨桿的拉拔力均在50KN以上，符合支護(hù)要求.

3.2 巷道表面位移檢測(cè)結(jié)果比較

在302采區(qū)共設(shè)兩組巷道表面位移“十”字測(cè)站，一組設(shè)在采用管縫式錨桿支護(hù)的-50～37#S運(yùn)巷，另一組設(shè)在采用樹(shù)脂錨桿支護(hù)的-50～37#N運(yùn)巷.觀測(cè)到巷道的測(cè)點(diǎn)圍巖變形數(shù)據(jù)如圖2、圖3：

圖2 新舊支護(hù)方式巷道頂板移近量

圖3 新舊支護(hù)方式巷道兩幫移近量

由圖中看出，在距離采煤工作面前方20m的測(cè)點(diǎn)處，采用管縫式錨桿支護(hù)時(shí)其頂?shù)装遄畲笠平繛?20mm，兩幫最大移近量為116mm,采用樹(shù)脂錨桿支護(hù)時(shí)其對(duì)應(yīng)的巷道測(cè)點(diǎn)最大移近量分別為底板102mm和兩幫62mm.煤巷采用樹(shù)脂錨桿支護(hù)后，其巷道的變形量遠(yuǎn)小于原來(lái)的管縫式錨桿支護(hù)，取得了較好的支護(hù)效果.

3.3 與其它支護(hù)方式的安全性比較

過(guò)去對(duì)于此類(lèi)的回采巷道通常都采用注漿錨桿或管縫式錨桿支護(hù)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于砂漿硬化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、管縫式錨桿不可靠等原因，造成巷道迎頭支護(hù)滯后，甚至出現(xiàn)空頂，引起巷道變形、冒頂、片幫，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)不利影響.而樹(shù)脂錨桿的支護(hù)可以在掘進(jìn)工作面迎頭進(jìn)行，支護(hù)及時(shí)，有效避免了空頂作業(yè)的發(fā)生，有利于安全生產(chǎn).

4 保證支護(hù)質(zhì)量的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

4.1“三徑”匹配問(wèn)題

所謂“三徑”是指鉆孔直徑、錨桿直徑和樹(shù)脂藥卷直徑，只有“三徑”的合理匹配才能使樹(shù)脂經(jīng)攪拌后充分混合并充滿(mǎn)鉆孔達(dá)到要求的錨固力.通常鉆孔直徑與錨桿直徑之差為6-10mm、與藥卷直徑之差為3-6mm較為適宜，因此本次支護(hù)試驗(yàn)中使用直徑28mm的鉆頭、錨桿直徑20mm、樹(shù)脂藥卷直徑23mm.

4.2 錨桿安裝工藝問(wèn)題

錨桿安裝前，要用高壓空氣對(duì)鉆孔的灰渣、積水進(jìn)行清理，清理后用桿體將藥卷推入孔底進(jìn)行攪拌，在錨固劑完全固化之前不要移動(dòng)或晃動(dòng)桿體，達(dá)到錨固劑所需固化時(shí)間后，才能開(kāi)始鋪金屬網(wǎng)并鎖上托板，鎖托板時(shí)螺母要使用機(jī)械鎖固，安裝時(shí)盡量使托板緊貼煤（巖）壁.此外，錨桿眼的眼位確定要準(zhǔn)確，一般要求誤差不超過(guò)±100mm，鉆眼盡量垂直于巖石層位即穿層的方向，誤差不超過(guò)150，錨桿眼的深度和錨桿長(zhǎng)度相適應(yīng)，桿體錨固段避免粘上油漬，安裝采用先頂板后兩幫的順序.

4.3 應(yīng)用中要注意的其他問(wèn)題

樹(shù)脂錨固劑的有效期是三個(gè)月，使用中不要儲(chǔ)存太多避免用到失效的錨固劑；為了減少托板與螺母間的摩擦力，提高樹(shù)脂錨桿的錨固力，安裝時(shí)在螺母與托板之間要使用減摩墊圈；在煤巷掘進(jìn)時(shí)要注意爆破成形，盡量使金屬網(wǎng)和錨桿托板能與頂幫緊貼，改善錨桿的受力條件；在巷道圍巖滲水嚴(yán)重的情況下使用樹(shù)脂錨桿支護(hù)，會(huì)使錨桿的錨固力達(dá)不到理論數(shù)值，影響支護(hù)的可靠性，此時(shí)要加強(qiáng)錨桿有效性檢測(cè)，確保錨桿具有合理的錨固力.

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)龍?zhí)睹旱V回采巷道樹(shù)脂錨桿支護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)相關(guān)支護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和處理的結(jié)果表明：在煤巷中采用樹(shù)脂錨桿支護(hù)是行之有效的，具有施工工藝操作簡(jiǎn)單,可大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；支護(hù)效果好能有效阻止巷道的變形，減少巷道的維修工作量降低采掘成本；支護(hù)及時(shí)，有效避免空頂作業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，對(duì)同類(lèi)煤礦的回采巷道支護(hù)工程實(shí)踐有指導(dǎo)作用.

〔1〕徐龍倉(cāng),張明杰,劉思遠(yuǎn).樹(shù)脂錨桿支護(hù)技術(shù)在深部軟巖巷道中的應(yīng)用[J].礦山壓力與頂板管理,2002(04):15-16.

〔2〕金天湖.錨桿支護(hù)“三徑”匹配技術(shù)的應(yīng)用研究[J].甘肅科技,2010(05):69-71.

〔3〕徐傳運(yùn).煤巷錨桿支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭技術(shù),2007(06): 68-70.

〔4〕張本德,孫久政,宋發(fā)生.淺談樹(shù)脂錨桿在掘進(jìn)巷中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2001(08):62-63.

〔5〕徐光明,殷振友.高強(qiáng)樹(shù)脂錨桿支護(hù)技術(shù)在沿空送巷中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2008(04):138-139.

TP353

A

1673-260X（2017）05-0043-02

2017-01-13

龍巖市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014LY33）