武海濤

(山西潞安化工集團 余吾煤業(yè)有限責任公司，山西 屯留 046100)

目前我國大部分煤礦企業(yè)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(yè)設備一體化、自動化的發(fā)展，掘進進尺較過去大幅提升。余吾煤業(yè)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(zhì)量檢測成為當前急需解決的難題之一。

根據(jù)煤炭行業(yè)標準《煤巷錨桿支護技術規(guī)范》(GB/T 35056-2018)，目前煤礦錨桿支護巷道施工質(zhì)量主要檢測內(nèi)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(tǒng)的錨桿抗拔力試驗進行，操作費時費力，經(jīng)常造成錨桿拉出而導致錨桿失效，改變了支護的穩(wěn)定狀態(tài)，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(zhì)量檢測技術發(fā)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(qū)別，形成阻抗界面，在錨桿的外端發(fā)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(diào)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(xiàn)場應用

2.1 余吾煤業(yè)快速掘進及支護概況

潞安化工集團余吾煤業(yè)公司核定生產(chǎn)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(zhì)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(qū)回風上山進行快速掘進試驗，巷道支護參數(shù)見圖2。

圖2 南一采區(qū)回風上山支護斷面示意(mm)

南一采區(qū)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(tǒng)，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(jīng)過對支護參數(shù)優(yōu)化后，將頂板錨索長度縮短為6.3 m，頂板錨桿數(shù)量減少為6根，單幫錨桿數(shù)量減少為4根。配套試驗1套澳大利亞產(chǎn)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(xiàn)場應用情況

根據(jù)《煤礦井巷工程質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50213-2010)規(guī)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(xiàn)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(guī)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(zhì)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(shù)據(jù)處理功能，可實現(xiàn)信號采集、數(shù)據(jù)保存管理、計算分析、多平臺數(shù)據(jù)傳輸、測試結果顯示等功能，可以直接進行檢測的參數(shù)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(jù)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(xiàn)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(jīng)技術組和生產(chǎn)科分析，并現(xiàn)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(guī)程規(guī)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(zhì)量合格，個別不合格，以后應加強對錨桿安裝質(zhì)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(zhì)量檢測方式，與傳統(tǒng)的錨桿拉拔等質(zhì)量檢測技術相比，具有隨機、方便等優(yōu)點，為煤礦解決了快速掘進帶來的施工質(zhì)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(yōu)化支護提供技術參數(shù)。

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(fā)現(xiàn)不合格的情況，應該及時用傳統(tǒng)的錨桿拉拔儀進行現(xiàn)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(yè)人員的素質(zhì)。