錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在余吾煤業(yè)快速掘進(jìn)中的應(yīng)用

武海濤

(山西潞安化工集團(tuán) 余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 屯留 046100)

目前我國(guó)大部分煤礦企業(yè)煤巷掘進(jìn)普遍采用錨桿支護(hù)方式，隨著近年來(lái)掘進(jìn)工程專(zhuān)業(yè)設(shè)備一體化、自動(dòng)化的發(fā)展，掘進(jìn)進(jìn)尺較過(guò)去大幅提升。余吾煤業(yè)公司利用掘錨一體機(jī)、錨桿支護(hù)鉆車(chē)等設(shè)備，月進(jìn)尺可達(dá)350 m，加上復(fù)雜的煤礦井巷工程條件和錨桿施工工程的隱蔽性，工程質(zhì)量檢測(cè)成為當(dāng)前急需解決的難題之一。

根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 35056-2018)，目前煤礦錨桿支護(hù)巷道施工質(zhì)量主要檢測(cè)內(nèi)容包括錨桿預(yù)緊力或力矩檢測(cè)、錨桿錨固力檢測(cè)[1]。其中錨桿錨固力檢測(cè)主要依靠傳統(tǒng)的錨桿抗拔力試驗(yàn)進(jìn)行，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，經(jīng)常造成錨桿拉出而導(dǎo)致錨桿失效，改變了支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)，且往往無(wú)法測(cè)量錨桿錨固長(zhǎng)度等隱蔽工程。因此，便攜式、操作簡(jiǎn)單、可測(cè)量錨桿錨固長(zhǎng)度的錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)成為煤巷工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的方向之一[2]。

1 錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理

錨桿無(wú)損檢測(cè)的原理主要是彈性的回波阻抗反射檢測(cè)法。錨桿錨固好后，錨桿錨固段與自由端的彈性波會(huì)有明顯區(qū)別，形成阻抗界面，在錨桿的外端發(fā)出激勵(lì)信號(hào)，首先通過(guò)響應(yīng)傳感器接收到激勵(lì)波，同時(shí)彈性波沿錨桿桿體傳遞，當(dāng)信號(hào)傳遞到錨固段時(shí)，會(huì)反射回波信號(hào)，回波信號(hào)傳遞到響應(yīng)傳感器時(shí)，無(wú)損檢測(cè)儀會(huì)顯示波形信號(hào)，通過(guò)濾波、調(diào)整波段光標(biāo)等T圖像處理方式分析信號(hào)后，可確定錨桿的錨固長(zhǎng)度和自由端長(zhǎng)度。更換測(cè)試傳感器和激振裝置后，可以檢測(cè)出錨固力、預(yù)緊力和工作載荷[3-4]。錨桿無(wú)損檢測(cè)示意見(jiàn)圖1。

圖1 錨桿無(wú)損檢測(cè)示意

2 錨桿無(wú)損檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 余吾煤業(yè)快速掘進(jìn)及支護(hù)概況

潞安化工集團(tuán)余吾煤業(yè)公司核定生產(chǎn)能力為750萬(wàn)t/a，礦井井田面積161.205 km2。主采3號(hào)煤層，可采儲(chǔ)量6.58億t，該煤層厚度為5.10～7.26 m，平均厚度5.98 m，傾角2～15°；頂板一般為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，底板為黑色泥巖、粉砂巖，老底為中細(xì)粒砂巖。夾矸0～3層，一般1層，厚0.27 m，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單至較簡(jiǎn)單煤層。目前公司在南一采區(qū)回風(fēng)上山進(jìn)行快速掘進(jìn)試驗(yàn)，巷道支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖2。

圖2 南一采區(qū)回風(fēng)上山支護(hù)斷面示意(mm)

南一采區(qū)回風(fēng)上山掘進(jìn)工作面采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固強(qiáng)力錨桿錨索+鋼筋托梁配W鋼護(hù)板組合支護(hù)系統(tǒng)，頂錨桿錨固長(zhǎng)度為1.27 m，錨固力≥200 kN，幫錨桿錨固長(zhǎng)度為1 m，錨固力≥200 kN。經(jīng)過(guò)對(duì)支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后，將頂板錨索長(zhǎng)度縮短為6.3 m，頂板錨桿數(shù)量減少為6根，單幫錨桿數(shù)量減少為4根。配套試驗(yàn)1套澳大利亞產(chǎn)最新式12CM30掘錨一體機(jī)，全斷面一次成巷，割煤時(shí)間控制在5 min，最多1個(gè)小班可以施工10排，月單進(jìn)進(jìn)尺最大可達(dá)400 m。

2.2 錨桿無(wú)損檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

根據(jù)《煤礦井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50213-2010)規(guī)定，錨桿的抗拔力(即錨固力)最低值不得小于設(shè)計(jì)值的90%。檢驗(yàn)方法：用錨桿拉力計(jì)做抗拔力試驗(yàn)，試驗(yàn)中、竣工驗(yàn)收時(shí)，抽查試驗(yàn)記錄，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)[5]。因此，針對(duì)南一回風(fēng)上山掘進(jìn)工作面的驗(yàn)收，需要按照《煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 35056-2018)，每300根按頂、幫錨桿各抽樣1組(共9根)進(jìn)行檢查，視作1個(gè)抽樣組。按照日進(jìn)尺16 m計(jì)算，每日施工錨桿約280根，每天進(jìn)行1組錨桿拉拔試驗(yàn)(9根)，檢驗(yàn)時(shí)間預(yù)計(jì)在3 h左右，需投工2人。采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)本巷道錨桿進(jìn)行抽檢和支護(hù)效果評(píng)價(jià)，每天檢測(cè)人員減少為1人，檢測(cè)時(shí)間縮短為2 h，達(dá)到了減員增效的目的，還可以對(duì)施工中的隱蔽工程，比如錨桿、錨索長(zhǎng)度進(jìn)行抽查，完善了支護(hù)質(zhì)量管控體系。

本單位使用武漢長(zhǎng)盛科技公司的CMSW6(A)型礦用本安型錨桿無(wú)損檢測(cè)儀，該儀器有數(shù)據(jù)處理功能，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)保存管理、計(jì)算分析、多平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸、測(cè)試結(jié)果顯示等功能，可以直接進(jìn)行檢測(cè)的參數(shù)有錨桿長(zhǎng)度、錨固力、預(yù)緊力和工作載荷，由于錨桿預(yù)應(yīng)力檢測(cè)在本班施工后已進(jìn)行逐根驗(yàn)收，故本次檢測(cè)不檢查錨桿預(yù)緊力。表1是本次檢查記錄表，隨機(jī)抽取3根頂錨桿，兩幫各抽取3根幫錨桿共9根為1組。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以看出，頂板第二根錨桿錨固力為147 kN，達(dá)不到錨桿預(yù)緊力或力矩不低于設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩90%的要求。因此現(xiàn)場(chǎng)對(duì)這根錨桿用錨桿拉拔儀進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果依舊為不合格，經(jīng)技術(shù)組和生產(chǎn)科分析，并現(xiàn)場(chǎng)詢問(wèn)錨桿施工工人后，排除了由于煤幫松軟而導(dǎo)致錨桿失效的情況，查出原因?yàn)殄^桿支護(hù)工在安裝錨桿時(shí)，攪拌錨固劑沒(méi)有按照規(guī)程規(guī)定時(shí)間達(dá)到30 s，沒(méi)有讓錨桿與錨固劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢鑋6]。

表1 掘進(jìn)工作面錨桿錨固無(wú)損檢測(cè)記錄

本次錨桿無(wú)損檢測(cè)結(jié)果表明：南一回風(fēng)上山掘進(jìn)工作面迎頭往外50 m大部分錨桿安裝質(zhì)量合格，個(gè)別不合格，以后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)錨桿安裝質(zhì)量的檢測(cè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

1) 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種性能可靠的錨桿質(zhì)量檢測(cè)方式，與傳統(tǒng)的錨桿拉拔等質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)相比，具有隨機(jī)、方便等優(yōu)點(diǎn)，為煤礦解決了快速掘進(jìn)帶來(lái)的施工質(zhì)量檢測(cè)壓力較大的問(wèn)題[7]。同時(shí)可以較快地對(duì)支護(hù)情況進(jìn)行即時(shí)驗(yàn)證，為優(yōu)化支護(hù)提供技術(shù)參數(shù)。

2) 錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)需要其他錨桿檢測(cè)手段相配合，在檢查錨桿錨固力和錨固長(zhǎng)度的過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)不合格的情況，應(yīng)該及時(shí)用傳統(tǒng)的錨桿拉拔儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，拉拔結(jié)果和無(wú)損檢測(cè)結(jié)果結(jié)合后進(jìn)行分析。

3) 錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)由于需要對(duì)無(wú)損檢測(cè)儀進(jìn)行波段分析，因此需配備專(zhuān)職技術(shù)人員。檢測(cè)前要對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，有利于提升煤礦從業(yè)人員的素質(zhì)。