采區回風巷錨桿錨索支護參數和施工工藝應用

段 飛

（大同煤礦集團地煤公司,山西 大同 037003）

1 工程概況

某礦采區巷道位于31采區下部北翼,南面為31采區大巷,北面為實體煤,西面為實體煤,東面為3117工作面。3117回巷地面對照物為南街圪咀西部,無重要建筑設施。故掘進時不會對地面建筑物產生影響。

工作面要掘進的對象是3＃煤層,3＃煤層厚度比較穩定,含一層夾矸,煤層厚度5.7m,煤層類型以亮煤為主,暗煤次之,煤質為貧煤,容重1.35t/m3,3＃煤層煤為中灰、特低硫、低磷、高發熱量、高熔灰分的貧瘦煤。煤層直接頂板為泥巖,厚度為0.9m～4.5m,偽頂為灰質泥巖,老頂為細砂巖,厚13.46m～13.80m,含長石,石英雜砂巖夾薄層砂質泥巖具板狀交錯層理；直接底為泥巖,致密性脆,厚度為1.0m～1.8m。老底為細砂巖,厚度為6.29m［1］。

地質構造情況：根據三維地震資料和3117運巷掘進情況,預計該巷掘進過程中坡度變化較大,為坡度－5°～10°,該巷掘進過程中不會受到5m以上的陷落柱、斷層等地質構造影響；該工作面煤層傾角為東傾西5°～15°。

預計或實測瓦斯、火、煤層情況：根據周邊所掘巷道煤塵及瓦斯涌出情況,預測3117回巷瓦斯絕對涌出量為2.6m3/min,實測瓦斯含量為7.865 3m3/t。

根據山西煤礦安全裝備技術測試中心鑒定表明：3＃煤層為Ⅲ類不易自燃煤層,火焰長度40mm；抑制煤塵最低巖粉用量45%,煤塵具有爆炸性。

水文地質情況：預計正常涌水量為10m3/h,最大涌水量為50m3/h。防治水措施：加強巷道瞬變電磁勘探,進行超前鉆探驗證,并做好防排水工作。

巷道布置情況：3117回巷工作面設計長度為700m,開口位置距西風井70m,開口以91°先向南開口水平掘進,掘進31m與西風井進風石門進行貫通,形成3117回巷運輸系統；后退回綜掘機向北正常掘進,該巷道沿底板掘進。本巷道施工層位為3＃煤層,工作面水平標高為＋439m～＋479m。

巷道情況：3117回巷斷面為矩形,寬5m,高3.2m,支護形式為錨網索梁聯合支護,掘進長度700m。

施工順序：3117回巷采用一次成巷方式施工。3117回巷開口以91°先向南開口水平掘進,掘進31m與西風井進風石門進行貫通,形成3117回巷運輸系統；后退回綜掘機向北正常掘進,該巷道設計長度為700m。

巷道中線布置：3117回巷掘進時嚴格按照地測科所確定的中線掘進,采用激光指向儀指向掘進,中線誤差不超過±100mm。每次在校對激光指向儀時要認真檢查,確保中線準確無誤［2－3］。

2 巷道支護設計要求與參數

巷道支護設計要求：1）巷道凈高3.2m,允許誤差在0mm～100mm內；2）巷道凈寬5m,允許誤差在0～100mm內；3）中線誤差不超過±100mm；4）錨桿排距中至中1m,允許誤差不大于±100mm；5）錨桿鉆孔深度,允許誤差在±50mm內；6）錨桿外露實際長度：施工完后露出托板不少于10mm,且不超過40mm；7）靠近巷頂（幫）的錨桿角度10°,誤差不超過±3°；8）錨索外露長度150mm～250mm；9）錨索角度垂直于頂板；10）錨桿的預緊力矩：頂錨桿≥400N·m,幫錨桿≥300N·m；11）錨桿安裝質量：托板緊貼煤壁（托架）,桿體無松動；12）金屬網應鋪平鋪展,緊貼頂幫,網與網對接嚴密,扣扣相連梳理成辮,綁絲扭結不少于3圈；13）巷道成形達標,超挖誤差不超過＋100mm,保證頂幫平直；14）巷道的文明生產嚴格按《生產礦井質量標準化標準》規定執行［2］。

臨時支護的方法：臨時支護采用前探梁,前探梁規格按生產技術科的要求設計使用,施工完成后必須安設防片幫裝置。永久支護到工作面掌子頭最大控頂距為1.2m,最小控頂距為0.2m,巷幫滯后2m進行永久支護。圖1和圖2是回風巷臨時支護示意圖。

圖1 回風巷臨時支護示意圖

圖2 回風巷臨時支護示意圖

永久支護：

巷道的支護方式：錨桿＋金屬網＋鋼筋托梁＋錨索來進行聯合支護。

錨桿支護參數：3117回巷斷面寬5m×高3.2m。

1）巷道頂板支護

錨桿形式和規格：錨桿長度2 400mm,Φ22mm左旋且無縱筋螺紋鋼筋,桿體尾螺紋是M24,型號Φ22L2400。屈服強度不低于335MPa。抗拉強度不低于490MPa。

錨固的方式：端頭來進行錨固,用型號為MSCKb2335和MSZ2360各一支藥卷,錨桿鉆孔直徑30mm,錨固長度1 200mm。

頂板錨桿預緊力最低400N·m,且不超過500N·m；頂板錨桿的拉拔力是100kN。錨桿外露長度10mm～40mm。使用Φ16mm的鋼筋焊接,托梁寬度80mm,長度4 800mm。

托板規格：150mm×150mm×10mm,拱高36mm,托板厚度10mm。

高強度托板盤匹配球形墊與減阻尼龍墊圈。錨桿安裝角度：安裝時候靠近巷道兩幫頂板錨桿安設角度為與垂線成10°,其余與頂板垂直。

網片規格：采用8＃鐵絲編制的金屬網,網孔規格50mm×50mm,網片規格5 400mm×1 000mm,用16＃鉛絲聯接,雙絲雙扣,孔孔相聯。

錨桿布置方式：安裝時錨桿之間排距1 000mm,每排布置6根錨桿,間距900mm。

錨索形式和規格：

3117回巷錨索采用Φ18.9mm的低松弛高預應力1×7股鋼絞線,長度6 300mm,端頭錨固,采用3支錨固劑,1支規格為MSCKb2335,2支規格為MSZ2360,鉆孔直徑為30mm。

錨索布置：排距2 000mm,間距2 000mm,錨索長度6 300mm,錨索托板為拱形300mm×300mm×16mm鋼板。拱高60mm,厚度16mm。錨索外露150mm～250mm。錨索初始張力不低于260kN,預緊力損失后不低于200kN。

2）巷幫支護

錨桿形式和規格：桿體為Φ20mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,長度2 000mm,桿尾螺紋為M22,型號Φ20L2 000mm。

錨固方式：端頭錨固,采用一支錨固劑,規格為MSZ2360。鉆孔直徑28mm,錨固長度為650mm。

安裝時幫錨桿預緊力不低于300N·m,且不超過400N·m；拉拔力100kN。錨桿外露長度10mm～40mm。

鋼筋托梁規格：采用Φ16mm的鋼筋焊接而成,寬度80mm,長度3 000mm。

托板：采用拱型高強度托板盤配合球形墊和減阻尼龍墊圈,規格為150mm×150mm×10mm。

網片規格：采用8＃鐵絲編制的金屬網,網孔規格50mm×50mm,網片規格2 900mm×1 000mm,用14＃鉛絲聯接,雙絲雙扣,孔孔相聯［4］。

錨桿布置方式：安裝時錨桿之間排距1 000mm,每排每幫布置4根錨桿,間距900mm。

錨桿角度：靠近頂底板的兩根錨桿與水平線呈10°,其余與巷幫垂直［4］。采區回風巷斷面支護示意圖見圖3。

圖3 采區回風巷斷面支護示意圖

3 回風巷支護施工工藝

3.1 頂錨桿施工工藝

1）打眼步驟：一人用左手握緊錨桿鉆機防護架裝置,再用右手將1.2m鉆桿放進鉆機夾盤內,采用Φ30mm鉆頭按設計角度及位置打設,施工時候需要工人抓緊錨桿鉆機的T型把手,再順時針旋轉下部控制按鈕,等鉆尖對準眼位時,給馬達控制板進行加壓,當鉆尖打入巷道頂板后,用拇指逆時針旋轉水控制閥裝置,鉆桿機溢水沖洗鉆孔,當鉆孔到達位置后,再下放鉆機來關閉水。按照上述操作即可完成2.4m的錨桿鉆桿打眼。

2）安裝錨桿步驟：先把攪拌螺母、錨墊及減磨墊圈套在錨桿上,然后依次將型號為MSCKb2335和MSZ2360樹脂藥卷各一支進入鉆孔,最后使用錨桿將藥卷頂至孔眼底部,一邊攪拌一邊推進,直到錨桿推至孔底。攪拌時間約23s～40s,當藥卷凝固后方停止攪拌。

3）緊固錨桿步驟：卸下攪拌用的螺母,然后加設扭矩放大器,操縱給進的閥桿裝置,再上緊錨桿螺母從而達到要求規定預緊力400N·m,最后縮回錨桿鉆臂,錨固力為100kN。

3.2 幫錨桿施工工藝

1）打眼：標出幫眼位,將ZQS－45/1.4S型氣動手持式鉆機拿至工作面,使用型號Φ28mm鉆頭按照錨桿布置圖規定角度和位置來進行打設幫眼。

2）安裝錨桿：巷道幫部分兩人一組,用錨桿將一支型號為MSZ2360藥卷放入鉆孔并推至孔底部,錨桿尾通過攪拌器來和鉆機進行連接,攪拌時間約23s～40s,持續進行,當藥卷凝固后方停止攪拌。

3）緊固錨桿：掛好金屬網,上好托盤,擰上螺帽,1min之后,擰緊螺帽給錨桿施加一定預緊力,再用風動扳手將螺母緊固完畢,擰緊力矩不小于300N·m,錨固力為100kN。

3.3 錨索施工工藝

1）鉆孔步驟：搭好工作臺,利用風動鉆機配合B19六方中空可接長鉆桿和Φ30mm鉆頭按設計位置鉆孔。一人在工作臺上扶鉆機并接長鉆桿,一人在工作臺下扶鉆機,第三人負責操作鉆機,三人密切配合按頂錨桿打眼工藝逐根接好鉆桿打設錨索鉆孔達到規定要求,然后縮下鉆機逐根卸下鉆桿［5］。

2）安裝步驟：用錨索將型號為MSCKb2335的一支藥卷與型號為MSZ2360的2支藥卷依次緩慢推至孔底部,安排2人來扶住鉆機,并且保持鉆機和鉆孔是一條直線。然后,開動鉆機一邊攪拌一邊推進錨索,速度是先慢后快,當錨索插入鉆孔到達要求定量之后,加速旋轉攪拌40s后即停止,再下縮鉆機,卸下攪拌器裝置,最后加設機械式扭矩放大器,從而達到規定預緊力。

4 結語

總體來說,錨桿參數和錨桿支護形式的科學、合理選擇,對提高煤礦經濟效益、降低生產成本發揮巨大的作用。本文結合作者多年實踐經驗,重點對錨桿錨索支護技術的原理和此技術的優缺點問題進行了詳細分析,并對常見的錨桿錨索支護形式以及在井工礦種的應用加以詳細闡述。希望可以對相關礦井工作提供更多有價值的參考和借鑒。

參考文獻：

［1］ 申艷梅,韋四江.回采巷道錨桿支護效果模糊綜合評判［J］.采礦與安全工程學報,2011,28（4）：576－580.

［2］ 武均.錨桿支護的現狀與發展趨勢［J］.山西建筑,2009,35（12）：111－112.

［3］ 康紅普.煤巷錨桿支護成套技術研究與實踐［J］.巖石力學與工程學報,2005（21）：161－166.

［4］ 袁文峰.大采高工作面初次來壓的模擬與研究［D］.太原：太原理工大學,2010.

［5］ 肖亞寧.潞安礦區沿空巷道三維錨索支護機理及應用研究［D］.北京：中國礦業大學,2011.