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    樹(shù)脂錨桿在煤巷支護(hù)中的應(yīng)用研究

    2017-06-10 04:49:39林世豪王世潭
    關(guān)鍵詞:煤巷托板樹(shù)脂

    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)

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