錨桿無損檢測技術在余吾煤業快速掘進中的應用

武海濤

(山西潞安化工集團 余吾煤業有限責任公司，山西 屯留 046100)

目前我國大部分煤礦企業煤巷掘進普遍采用錨桿支護方式，隨著近年來掘進工程專業設備一體化、自動化的發展，掘進進尺較過去大幅提升。余吾煤業公司利用掘錨一體機、錨桿支護鉆車等設備，月進尺可達350 m，加上復雜的煤礦井巷工程條件和錨桿施工工程的隱蔽性，工程質量檢測成為當前急需解決的難題之一。

根據煤炭行業標準《煤巷錨桿支護技術規范》(GB/T 35056-2018)，目前煤礦錨桿支護巷道施工質量主要檢測內容包括錨桿預緊力或力矩檢測、錨桿錨固力檢測[1]。其中錨桿錨固力檢測主要依靠傳統的錨桿抗拔力試驗進行，操作費時費力，經常造成錨桿拉出而導致錨桿失效，改變了支護的穩定狀態，且往往無法測量錨桿錨固長度等隱蔽工程。因此，便攜式、操作簡單、可測量錨桿錨固長度的錨桿無損檢測技術成為煤巷工程質量檢測技術發展的方向之一[2]。

1 錨桿無損檢測技術原理

錨桿無損檢測的原理主要是彈性的回波阻抗反射檢測法。錨桿錨固好后，錨桿錨固段與自由端的彈性波會有明顯區別，形成阻抗界面，在錨桿的外端發出激勵信號，首先通過響應傳感器接收到激勵波，同時彈性波沿錨桿桿體傳遞，當信號傳遞到錨固段時，會反射回波信號，回波信號傳遞到響應傳感器時，無損檢測儀會顯示波形信號，通過濾波、調整波段光標等T圖像處理方式分析信號后，可確定錨桿的錨固長度和自由端長度。更換測試傳感器和激振裝置后，可以檢測出錨固力、預緊力和工作載荷[3-4]。錨桿無損檢測示意見圖1。

圖1 錨桿無損檢測示意

2 錨桿無損檢測的現場應用

2.1 余吾煤業快速掘進及支護概況

潞安化工集團余吾煤業公司核定生產能力為750萬t/a，礦井井田面積161.205 km2。主采3號煤層，可采儲量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、粉砂質泥巖，底板為黑色泥巖、粉砂巖，老底為中細粒砂巖。夾矸0～3層，一般1層，厚0.27 m，屬結構簡單至較簡單煤層。目前公司在南一采區回風上山進行快速掘進試驗，巷道支護參數見圖2。

圖2 南一采區回風上山支護斷面示意(mm)

南一采區回風上山掘進工作面采用樹脂加長錨固強力錨桿錨索+鋼筋托梁配W鋼護板組合支護系統，頂錨桿錨固長度為1.27 m，錨固力≥200 kN，幫錨桿錨固長度為1 m，錨固力≥200 kN。經過對支護參數優化后，將頂板錨索長度縮短為6.3 m，頂板錨桿數量減少為6根，單幫錨桿數量減少為4根。配套試驗1套澳大利亞產最新式12CM30掘錨一體機，全斷面一次成巷，割煤時間控制在5 min，最多1個小班可以施工10排，月單進進尺最大可達400 m。

2.2 錨桿無損檢測現場應用情況

根據《煤礦井巷工程質量驗收規范》(GB 50213-2010)規定，錨桿的抗拔力(即錨固力)最低值不得小于設計值的90%。檢驗方法：用錨桿拉力計做抗拔力試驗，試驗中、竣工驗收時，抽查試驗記錄，必要時應進行現場實測[5]。因此，針對南一回風上山掘進工作面的驗收，需要按照《煤巷錨桿支護技術規范》(GB/T 35056-2018)，每300根按頂、幫錨桿各抽樣1組(共9根)進行檢查，視作1個抽樣組。按照日進尺16 m計算，每日施工錨桿約280根，每天進行1組錨桿拉拔試驗(9根)，檢驗時間預計在3 h左右，需投工2人。采用無損檢測技術對本巷道錨桿進行抽檢和支護效果評價，每天檢測人員減少為1人，檢測時間縮短為2 h，達到了減員增效的目的，還可以對施工中的隱蔽工程，比如錨桿、錨索長度進行抽查，完善了支護質量管控體系。

本單位使用武漢長盛科技公司的CMSW6(A)型礦用本安型錨桿無損檢測儀，該儀器有數據處理功能，可實現信號采集、數據保存管理、計算分析、多平臺數據傳輸、測試結果顯示等功能，可以直接進行檢測的參數有錨桿長度、錨固力、預緊力和工作載荷，由于錨桿預應力檢測在本班施工后已進行逐根驗收，故本次檢測不檢查錨桿預緊力。表1是本次檢查記錄表，隨機抽取3根頂錨桿，兩幫各抽取3根幫錨桿共9根為1組。根據檢測結果可以看出，頂板第二根錨桿錨固力為147 kN，達不到錨桿預緊力或力矩不低于設計預緊力矩90%的要求。因此現場對這根錨桿用錨桿拉拔儀進行了拉拔試驗，試驗結果依舊為不合格，經技術組和生產科分析，并現場詢問錨桿施工工人后，排除了由于煤幫松軟而導致錨桿失效的情況，查出原因為錨桿支護工在安裝錨桿時，攪拌錨固劑沒有按照規程規定時間達到30 s，沒有讓錨桿與錨固劑進行充分攪拌[6]。

表1 掘進工作面錨桿錨固無損檢測記錄

本次錨桿無損檢測結果表明：南一回風上山掘進工作面迎頭往外50 m大部分錨桿安裝質量合格，個別不合格，以后應加強對錨桿安裝質量的檢測。

3 結 語

1) 無損檢測技術是一種性能可靠的錨桿質量檢測方式，與傳統的錨桿拉拔等質量檢測技術相比，具有隨機、方便等優點，為煤礦解決了快速掘進帶來的施工質量檢測壓力較大的問題[7]。同時可以較快地對支護情況進行即時驗證，為優化支護提供技術參數。

2) 錨桿無損檢測技術需要其他錨桿檢測手段相配合，在檢查錨桿錨固力和錨固長度的過程中，如發現不合格的情況，應該及時用傳統的錨桿拉拔儀進行現場試驗，拉拔結果和無損檢測結果結合后進行分析。

3) 錨桿無損檢測技術由于需要對無損檢測儀進行波段分析，因此需配備專職技術人員。檢測前要對技術人員進行崗前培訓，有利于提升煤礦從業人員的素質。