王森全,張 磊

(棗莊礦業(yè)集團(tuán)付村煤業(yè)有限公司,山東微山縣 277605)

付村煤業(yè)有限公司全煤巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)研究

王森全,張 磊

(棗莊礦業(yè)集團(tuán)付村煤業(yè)有限公司,山東微山縣 277605)

根據(jù)煤巷圍巖穩(wěn)固性類(lèi)別的劃分,針對(duì)煤巷支護(hù)的形式和穩(wěn)固性的關(guān)系,在確定煤巷圍巖穩(wěn)固性類(lèi)別的基礎(chǔ)上,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,采取一系列支護(hù)措施,設(shè)計(jì)出適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的煤巷支護(hù)方案,為公司煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù),并取得了年節(jié)約材料費(fèi) 630萬(wàn)元的良好經(jīng)濟(jì)效益。

全煤巷道;錨桿支護(hù);支護(hù)方案

付村煤業(yè)有限公司是核定年生產(chǎn)能力 270萬(wàn) t的礦井,每年完成的全煤巷掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá) 12000m左右,目前所回采的煤層為二疊系山西組 3上煤層,從整體煤巷支護(hù)效果來(lái)看,基本保證了綜采高產(chǎn)高效的發(fā)揮。從錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)出發(fā),通過(guò)深化施工工藝、強(qiáng)化支護(hù)技術(shù),優(yōu)選煤巷支護(hù)方案在一定程度上滿(mǎn)足了支護(hù)節(jié)能減排、節(jié)支降耗、快速掘進(jìn)的要求。

1 煤巷基本類(lèi)型和特點(diǎn)

1.1 煤巷圍巖穩(wěn)固性類(lèi)別的劃分

根據(jù)煤巷圍巖分類(lèi)的基本原則,結(jié)合付村煤業(yè)有限公司在掘進(jìn)和回采過(guò)程中的煤巷圍巖控制經(jīng)驗(yàn),確定將該礦煤巷圍巖穩(wěn)固性分為 4類(lèi)(見(jiàn)表1)。

表1 穩(wěn)固性不同的各類(lèi)煤巷頂板特征

根據(jù)對(duì)回采巷道圍巖穩(wěn)固性影響因素的分析及分類(lèi)因素確定的原則,選取煤層埋深、煤層傾角、煤層厚度、采煤方法、直接頂厚度、直接頂強(qiáng)度、老頂厚度、老頂強(qiáng)度、直接頂初垮步距、老頂初垮步距、護(hù)巷煤柱寬度等參數(shù)作為巷道圍巖穩(wěn)固性的影響因素指標(biāo),確定不同煤巷圍巖穩(wěn)固性類(lèi)別。

1.2 煤巷基本類(lèi)型和特點(diǎn)

根據(jù)煤層賦存情況,煤巷布置不容選擇,主要可以分為:綜采工作面實(shí)體煤順槽;綜采工作面沿空順槽;綜采工作面大斷面切眼。

煤巷與巖巷相比,不同特點(diǎn)主要有:巷道位置不容選擇,只能開(kāi)在煤層中;巷道圍巖呈層性顯著,強(qiáng)度較低;巷道斷面一般為矩形或梯形,一般均受到回采工作面采動(dòng)影響與采空區(qū)的影響。

2 煤巷支護(hù)形式和穩(wěn)固性關(guān)系

付煤公司煤巷錨桿支護(hù)的基本形式主要有 3種,分別為錨桿支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)和錨網(wǎng)梯索支護(hù)。對(duì)原有的煤巷進(jìn)行分析,得到支護(hù)形式與煤巷穩(wěn)固性類(lèi)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以看出:

(1)使用錨桿支護(hù)形式的比例隨著穩(wěn)固性降低而減少,錨桿支護(hù)這種單一形式在頂板較為堅(jiān)硬、完整、穩(wěn)定的砂巖且無(wú)淋水條件下使用較多。

(2)錨網(wǎng)與錨網(wǎng)梯索支護(hù)兩種形式的比例隨著穩(wěn)固性降低逐漸增加,錨網(wǎng)支護(hù)和錨網(wǎng)梯索支護(hù)在Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)巷道的使用比例較高。

(3)Ⅰ、Ⅱ類(lèi)巷道中錨桿均垂直于頂幫,Ⅲ類(lèi)巷道中頂幫均布置有傾斜錨桿,Ⅳ類(lèi)錨桿布置角度比較混亂,隨著穩(wěn)固性的降低,頂板肩部錨桿和兩幫角處錨桿的支護(hù)角度逐漸增大,以防止該處因應(yīng)力集中而導(dǎo)致頂板沿幫角處的剪切破壞。

3 煤巷支護(hù)設(shè)計(jì)

錨桿安裝時(shí),施加合理的安裝應(yīng)力以控制圍巖的早期變形,所以在錨桿支護(hù)時(shí)必須把錨桿的安裝力(預(yù)應(yīng)力)作為主要的參數(shù)考慮,安裝應(yīng)力過(guò)小會(huì)使圍巖發(fā)生過(guò)大的早期變形,松散破碎圈會(huì)變大,引起頂板破碎,錨桿受力增加。

3.1 錨桿的基本參數(shù)選擇

煤巷支護(hù)系統(tǒng)本身必須具有變形讓壓功能,其作用和液壓支架的安全閥一樣,在錨桿所受的力達(dá)到其強(qiáng)度極限前讓壓變形以保護(hù)桿體,實(shí)現(xiàn)控制讓壓。但是在選擇錨桿時(shí)不能一味追求高強(qiáng)度、大直徑的錨桿,要根據(jù)圍巖和支護(hù)空間的關(guān)系找出合理的結(jié)合點(diǎn),以選擇合適的錨桿達(dá)到最佳的巷道支護(hù)效果。付煤公司錨桿的基本參數(shù)為:錨桿類(lèi)型為高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿;錨桿長(zhǎng)度為 2200mm(頂)、1600 mm(幫);錨桿直徑為 18mm(頂);鉆孔直徑為 28 mm;樹(shù)脂為 CKa2550。

3.2 支護(hù)措施

(1)采取措施增加錨桿的初錨力。為減少錨桿安裝過(guò)程中螺帽與托盤(pán)之間的摩擦力,在錨桿和螺帽之間加一個(gè)平墊和一個(gè)塑料墊圈,平墊靠螺帽側(cè)、塑料墊圈靠托盤(pán)側(cè),并使用錨桿扭矩放大器,增加錨桿的初錨力。通過(guò)施工 3上 411面運(yùn)巷和 3上 412工作面材巷兩煤巷的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:不使用墊圈和放大器安裝的錨桿,其初錨力幾乎為零,僅0.15 t;不使用墊圈使用放大器安裝的錨桿,其初錨力增加了一倍;使用墊圈不用放大器安裝的錨桿,其初撐力增加了 5～6倍;同時(shí)使用墊圈和放大器安裝的錨桿其初撐力增加了 16～18倍,確保每根錨桿的初錨力在 4.0t以上,巷道兩幫變形量不超過(guò) 50mm,頂板下沉量不超過(guò) 60mm,保證了安全生產(chǎn)。

(2)改變錨固劑規(guī)格型號(hào),縮短凝膠時(shí)間。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察實(shí)驗(yàn),將原來(lái)使用的快速錨固劑改為超快錨固劑,凝膠時(shí)間由原來(lái)的 8～40s縮短到 8～25 s,等待時(shí)間由原來(lái)的 10～60s縮短到 10～30s,施工每根錨桿可平均縮短 22.5s。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)頂板錨桿進(jìn)行拉拔力試驗(yàn),結(jié)合“三徑匹配”原理,將錨固劑的直徑由原來(lái)的 23mm改為 25mm、長(zhǎng)度由原來(lái)的600mm改為 500mm,取得了快速安全支護(hù)的效果。

(3)規(guī)范安裝工藝,提高安裝質(zhì)量。為了充分發(fā)揮每根錨桿的作用,采取正確、規(guī)范的安裝工藝是非常必要的,每個(gè)掘進(jìn)工配備一塊秒表,做到錨桿安裝過(guò)程精確到“秒”:打孔,用錨桿機(jī)打 2160mm(頂)、1560mm(幫)的鉆孔。

把樹(shù)脂藥卷和錨桿推入規(guī)定的孔位,利用錨桿和錨桿攪拌器通過(guò)錨桿機(jī)上推力把樹(shù)脂推入孔中直到錨桿托盤(pán)離頂板 20mm左右,注意在上推樹(shù)脂時(shí)嚴(yán)禁旋轉(zhuǎn),嚴(yán)禁把托盤(pán)死死壓在頂板上。

完成第二步后,迅速旋轉(zhuǎn)錨桿攪拌 10s(旋轉(zhuǎn)攪拌時(shí)不要施加上推力),然后順勢(shì)上推錨桿使托盤(pán)貼近頂板(托盤(pán)離頂板的間隙為 5mm左右)。

停止 30s左右讓樹(shù)脂充分凝固。

旋轉(zhuǎn)攪拌器上緊螺母,在緊螺母時(shí)應(yīng)給最大扭矩而不要施加上推力以最大限度上緊螺母。

用扭矩放大器,進(jìn)一步上緊螺母,達(dá)到規(guī)定安裝應(yīng)力。

在安裝過(guò)程中要嚴(yán)格按安裝步驟施工,否則會(huì)出現(xiàn)“長(zhǎng)尾錨桿”或打不開(kāi)阻尼現(xiàn)象,這樣會(huì)大大影響錨桿的支護(hù)效果,甚至導(dǎo)致失效。

幫錨桿必須采取扭矩放大器安裝打開(kāi)阻尼,正常情況下應(yīng)達(dá)到 4t以上的預(yù)應(yīng)力,頂錨直接采取錨桿鉆機(jī)就可以實(shí)現(xiàn) 4t以上的預(yù)應(yīng)力。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果分析

在 3上 411工作面運(yùn)巷掘進(jìn)后的回采過(guò)程中,采用多點(diǎn)礦壓監(jiān)測(cè),在同一個(gè)斷面設(shè)置 9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),定期(每 3d)進(jìn)行觀測(cè),發(fā)現(xiàn)靠近工作面采空區(qū)側(cè)的測(cè)點(diǎn)變形量較大,變形量為 100mm,在非采空區(qū)側(cè)變形量較小,變形量為 60mm。在整個(gè)巷道服務(wù)期間,本套錨桿支護(hù)參數(shù)能保證煤巷的穩(wěn)固性,支護(hù)設(shè)計(jì)合理,為同類(lèi)煤巷支護(hù)取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn),解決了煤巷采取錨桿支護(hù)受動(dòng)壓影響的技術(shù)難題。

通過(guò)在煤巷改革使用錨桿支護(hù)工藝后,支護(hù)時(shí)間縮短促進(jìn)了單進(jìn)的提高;在煤巷中使用錨桿支護(hù),兩幫采用高分子塑料網(wǎng)代替鐵絲菱形網(wǎng),按照每年施工煤巷 12000m計(jì),可節(jié)約材料費(fèi) 630萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益良好,具有推廣意義。

[1] 袁和生.煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1997.

[2] 陸士良,湯 雷,楊新安.錨桿錨固力與錨固技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1998.

[3] 何滿(mǎn)潮,袁和生.中國(guó)煤礦錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版出版社,2004.

2010-04-06)

王森全(1979-),男,山東汶上縣人,工程師,主要從事煤礦安全管理和安全生產(chǎn),Email:zgkgbgl@163.com。