采區(qū)回風(fēng)巷錨桿錨索支護(hù)參數(shù)和施工工藝應(yīng)用

段 飛

（大同煤礦集團(tuán)地煤公司,山西 大同 037003）

1 工程概況

某礦采區(qū)巷道位于31采區(qū)下部北翼,南面為31采區(qū)大巷,北面為實(shí)體煤,西面為實(shí)體煤,東面為3117工作面。3117回巷地面對(duì)照物為南街圪咀西部,無(wú)重要建筑設(shè)施。故掘進(jìn)時(shí)不會(huì)對(duì)地面建筑物產(chǎn)生影響。

工作面要掘進(jìn)的對(duì)象是3＃煤層,3＃煤層厚度比較穩(wěn)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(zhì)為貧煤,容重1.35t/m3,3＃煤層煤為中灰、特低硫、低磷、高發(fā)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(zhì)泥巖,老頂為細(xì)砂巖,厚13.46m～13.80m,含長(zhǎng)石,石英雜砂巖夾薄層砂質(zhì)泥巖具板狀交錯(cuò)層理；直接底為泥巖,致密性脆,厚度為1.0m～1.8m。老底為細(xì)砂巖,厚度為6.29m［1］。

地質(zhì)構(gòu)造情況：根據(jù)三維地震資料和3117運(yùn)巷掘進(jìn)情況,預(yù)計(jì)該巷掘進(jìn)過程中坡度變化較大,為坡度－5°～10°,該巷掘進(jìn)過程中不會(huì)受到5m以上的陷落柱、斷層等地質(zhì)構(gòu)造影響；該工作面煤層傾角為東傾西5°～15°。

預(yù)計(jì)或?qū)崪y(cè)瓦斯、火、煤層情況：根據(jù)周邊所掘巷道煤塵及瓦斯涌出情況,預(yù)測(cè)3117回巷瓦斯絕對(duì)涌出量為2.6m3/min,實(shí)測(cè)瓦斯含量為7.865 3m3/t。

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

水文地質(zhì)情況：預(yù)計(jì)正常涌水量為10m3/h,最大涌水量為50m3/h。防治水措施：加強(qiáng)巷道瞬變電磁勘探,進(jìn)行超前鉆探驗(yàn)證,并做好防排水工作。

巷道布置情況：3117回巷工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為700m,開口位置距西風(fēng)井70m,開口以91°先向南開口水平掘進(jìn),掘進(jìn)31m與西風(fēng)井進(jìn)風(fēng)石門進(jìn)行貫通,形成3117回巷運(yùn)輸系統(tǒng)；后退回綜掘機(jī)向北正常掘進(jìn),該巷道沿底板掘進(jìn)。本巷道施工層位為3＃煤層,工作面水平標(biāo)高為＋439m～＋479m。

巷道情況：3117回巷斷面為矩形,寬5m,高3.2m,支護(hù)形式為錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護(hù),掘進(jìn)長(zhǎng)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(jìn),掘進(jìn)31m與西風(fēng)井進(jìn)風(fēng)石門進(jìn)行貫通,形成3117回巷運(yùn)輸系統(tǒng)；后退回綜掘機(jī)向北正常掘進(jìn),該巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為700m。

巷道中線布置：3117回巷掘進(jìn)時(shí)嚴(yán)格按照地測(cè)科所確定的中線掘進(jìn),采用激光指向儀指向掘進(jìn),中線誤差不超過±100mm。每次在校對(duì)激光指向儀時(shí)要認(rèn)真檢查,確保中線準(zhǔn)確無(wú)誤［2－3］。

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)要求與參數(shù)

巷道支護(hù)設(shè)計(jì)要求：1）巷道凈高3.2m,允許誤差在0mm～100mm內(nèi)；2）巷道凈寬5m,允許誤差在0～100mm內(nèi)；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(nèi)；6）錨桿外露實(shí)際長(zhǎng)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(zhǎng)度150mm～250mm；9）錨索角度垂直于頂板；10）錨桿的預(yù)緊力矩：頂錨桿≥400N·m,幫錨桿≥300N·m；11）錨桿安裝質(zhì)量：托板緊貼煤壁（托架）,桿體無(wú)松動(dòng)；12）金屬網(wǎng)應(yīng)鋪平鋪展,緊貼頂幫,網(wǎng)與網(wǎng)對(duì)接嚴(yán)密,扣扣相連梳理成辮,綁絲扭結(jié)不少于3圈；13）巷道成形達(dá)標(biāo),超挖誤差不超過＋100mm,保證頂幫平直；14）巷道的文明生產(chǎn)嚴(yán)格按《生產(chǎn)礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定執(zhí)行［2］。

臨時(shí)支護(hù)的方法：臨時(shí)支護(hù)采用前探梁,前探梁規(guī)格按生產(chǎn)技術(shù)科的要求設(shè)計(jì)使用,施工完成后必須安設(shè)防片幫裝置。永久支護(hù)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(jìn)行永久支護(hù)。圖1和圖2是回風(fēng)巷臨時(shí)支護(hù)示意圖。

圖1 回風(fēng)巷臨時(shí)支護(hù)示意圖

圖2 回風(fēng)巷臨時(shí)支護(hù)示意圖

永久支護(hù)：

巷道的支護(hù)方式：錨桿＋金屬網(wǎng)＋鋼筋托梁＋錨索來(lái)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。

錨桿支護(hù)參數(shù)：3117回巷斷面寬5m×高3.2m。

1）巷道頂板支護(hù)

錨桿形式和規(guī)格：錨桿長(zhǎng)度2 400mm,Φ22mm左旋且無(wú)縱筋螺紋鋼筋,桿體尾螺紋是M24,型號(hào)Φ22L2400。屈服強(qiáng)度不低于335MPa?？估瓘?qiáng)度不低于490MPa。

錨固的方式：端頭來(lái)進(jìn)行錨固,用型號(hào)為MSCKb2335和MSZ2360各一支藥卷,錨桿鉆孔直徑30mm,錨固長(zhǎng)度1 200mm。

頂板錨桿預(yù)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(zhǎng)度10mm～40mm。使用Φ16mm的鋼筋焊接,托梁寬度80mm,長(zhǎng)度4 800mm。

托板規(guī)格：150mm×150mm×10mm,拱高36mm,托板厚度10mm。

高強(qiáng)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(shí)候靠近巷道兩幫頂板錨桿安設(shè)角度為與垂線成10°,其余與頂板垂直。

網(wǎng)片規(guī)格：采用8＃鐵絲編制的金屬網(wǎng),網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm,網(wǎng)片規(guī)格5 400mm×1 000mm,用16＃鉛絲聯(lián)接,雙絲雙扣,孔孔相聯(lián)。

錨桿布置方式：安裝時(shí)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(guī)格：

3117回巷錨索采用Φ18.9mm的低松弛高預(yù)應(yīng)力1×7股鋼絞線,長(zhǎng)度6 300mm,端頭錨固,采用3支錨固劑,1支規(guī)格為MSCKb2335,2支規(guī)格為MSZ2360,鉆孔直徑為30mm。

錨索布置：排距2 000mm,間距2 000mm,錨索長(zhǎng)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(yù)緊力損失后不低于200kN。

2）巷幫支護(hù)

錨桿形式和規(guī)格：桿體為Φ20mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿,長(zhǎng)度2 000mm,桿尾螺紋為M22,型號(hào)Φ20L2 000mm。

錨固方式：端頭錨固,采用一支錨固劑,規(guī)格為MSZ2360。鉆孔直徑28mm,錨固長(zhǎng)度為650mm。

安裝時(shí)幫錨桿預(yù)緊力不低于300N·m,且不超過400N·m；拉拔力100kN。錨桿外露長(zhǎng)度10mm～40mm。

鋼筋托梁規(guī)格：采用Φ16mm的鋼筋焊接而成,寬度80mm,長(zhǎng)度3 000mm。

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

網(wǎng)片規(guī)格：采用8＃鐵絲編制的金屬網(wǎng),網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm,網(wǎng)片規(guī)格2 900mm×1 000mm,用14＃鉛絲聯(lián)接,雙絲雙扣,孔孔相聯(lián)［4］。

錨桿布置方式：安裝時(shí)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?shù)装宓膬筛^桿與水平線呈10°,其余與巷幫垂直［4］。采區(qū)回風(fēng)巷斷面支護(hù)示意圖見圖3。

圖3 采區(qū)回風(fēng)巷斷面支護(hù)示意圖

3 回風(fēng)巷支護(hù)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(jī)防護(hù)架裝置,再用右手將1.2m鉆桿放進(jìn)鉆機(jī)夾盤內(nèi),采用Φ30mm鉆頭按設(shè)計(jì)角度及位置打設(shè),施工時(shí)候需要工人抓緊錨桿鉆機(jī)的T型把手,再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)下部控制按鈕,等鉆尖對(duì)準(zhǔn)眼位時(shí),給馬達(dá)控制板進(jìn)行加壓,當(dāng)鉆尖打入巷道頂板后,用拇指逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)水控制閥裝置,鉆桿機(jī)溢水沖洗鉆孔,當(dāng)鉆孔到達(dá)位置后,再下放鉆機(jī)來(lái)關(guān)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(hào)為MSCKb2335和MSZ2360樹脂藥卷各一支進(jìn)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(jìn),直到錨桿推至孔底。攪拌時(shí)間約23s～40s,當(dāng)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(shè)扭矩放大器,操縱給進(jìn)的閥桿裝置,再上緊錨桿螺母從而達(dá)到要求規(guī)定預(yù)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(biāo)出幫眼位,將ZQS－45/1.4S型氣動(dòng)手持式鉆機(jī)拿至工作面,使用型號(hào)Φ28mm鉆頭按照錨桿布置圖規(guī)定角度和位置來(lái)進(jìn)行打設(shè)幫眼。

2）安裝錨桿：巷道幫部分兩人一組,用錨桿將一支型號(hào)為MSZ2360藥卷放入鉆孔并推至孔底部,錨桿尾通過攪拌器來(lái)和鉆機(jī)進(jìn)行連接,攪拌時(shí)間約23s～40s,持續(xù)進(jìn)行,當(dāng)藥卷凝固后方停止攪拌。

3）緊固錨桿：掛好金屬網(wǎng),上好托盤,擰上螺帽,1min之后,擰緊螺帽給錨桿施加一定預(yù)緊力,再用風(fēng)動(dòng)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(tái),利用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)配合B19六方中空可接長(zhǎng)鉆桿和Φ30mm鉆頭按設(shè)計(jì)位置鉆孔。一人在工作臺(tái)上扶鉆機(jī)并接長(zhǎng)鉆桿,一人在工作臺(tái)下扶鉆機(jī),第三人負(fù)責(zé)操作鉆機(jī),三人密切配合按頂錨桿打眼工藝逐根接好鉆桿打設(shè)錨索鉆孔達(dá)到規(guī)定要求,然后縮下鉆機(jī)逐根卸下鉆桿［5］。

2）安裝步驟：用錨索將型號(hào)為MSCKb2335的一支藥卷與型號(hào)為MSZ2360的2支藥卷依次緩慢推至孔底部,安排2人來(lái)扶住鉆機(jī),并且保持鉆機(jī)和鉆孔是一條直線。然后,開動(dòng)鉆機(jī)一邊攪拌一邊推進(jìn)錨索,速度是先慢后快,當(dāng)錨索插入鉆孔到達(dá)要求定量之后,加速旋轉(zhuǎn)攪拌40s后即停止,再下縮鉆機(jī),卸下攪拌器裝置,最后加設(shè)機(jī)械式扭矩放大器,從而達(dá)到規(guī)定預(yù)緊力。

4 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說,錨桿參數(shù)和錨桿支護(hù)形式的科學(xué)、合理選擇,對(duì)提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益、降低生產(chǎn)成本發(fā)揮巨大的作用。本文結(jié)合作者多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),重點(diǎn)對(duì)錨桿錨索支護(hù)技術(shù)的原理和此技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)問題進(jìn)行了詳細(xì)分析,并對(duì)常見的錨桿錨索支護(hù)形式以及在井工礦種的應(yīng)用加以詳細(xì)闡述。希望可以對(duì)相關(guān)礦井工作提供更多有價(jià)值的參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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

［2］ 武均.錨桿支護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.山西建筑,2009,35（12）：111－112.

［3］ 康紅普.煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)研究與實(shí)踐［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005（21）：161－166.

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

［5］ 肖亞寧.潞安礦區(qū)沿空巷道三維錨索支護(hù)機(jī)理及應(yīng)用研究［D］.北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2011.