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管縫式錨桿在巖巷穿煤或破碎帶巷道施工中的應用

管縫式錨桿支護作為井巷工程施工的一種支護手段,管縫錨桿的支護原理及技術參數 管縫式錨桿支護特點 管縫錨桿應用實例 管縫式錨桿超前支護工藝流程 五、存在問題 六、結論
   一、引言

    管縫式錨桿支護作為井巷工程施工的一種支護手段,近年來在許多礦山井巷掘進中得到了較為廣范的推廣和應用。管縫式錨桿支護跟其它類型錨桿支護相比,預期錨固力在錨桿打進去的同時就能達到,具有減少巷道維修量又能當班支護到位等優勢。在坑木來源日趨緊張、坑木價格高達780元/m3的當前,還有明顯節約支護成本的優點。我礦推廣應用管縫錨桿工作主要從2004年初開始在圍巖較好的巖巷中試用,已逐步推廣應用到半煤巖巷中。但是,在較破碎煤巖體、巖巷見煤時,按常規施工技術雖采用多種措施,還是經常發生冒頂垮幫事故,小則影響施工進度,大則造成無效進尺。為此,我礦通過開展科技攻關,大膽創新,在巖巷穿煤、松軟煤巖體中施工巷道時,嘗試采用管縫式錨桿作超前控頂控幫,實現了防止發生冒頂片幫事故,達到安全施工要求,并已在本礦中廣泛應用。

    二、管縫錨桿的支護原理及技術參數

    管縫式金屬錨桿是采用高強度金屬板卷壓成帶縱縫的管狀桿體,用鑿巖機強行壓人比桿徑小的鉆孔(配合差2~3mm),可立即在沿孔向80~100cm范圍內對孔壁施加徑向壓力和產生穿層的阻止圍巖下滑的摩擦力,加上錨桿托盤托板的承托力,從而使圍巖處于三向受力狀態,實現由于管壁彈性張力擠壓孔壁而產生的磨擦錨固力,是主動加固層理發育圍巖的新型自身錨固式錨桿。就象膨脹釘一樣把層理發育的巖層緊緊地釘在周邊穩定的巖層中,每米錨桿向鉆孔內的壓入力約25kN,產生的錨固力與壓入力大致相等。同一外徑和材質的錨桿,管壁越厚,金屬管材的彈性應力越高;孔徑壓縮越小,錨固力越大。在堅硬的巖層中其錨固力更大,如砂巖中的錨固力可達60~100kN。在爆破振動圍巖錨移等情況下或隨著時間的推移,后期錨固力有明顯增大的趨勢。在煤系地層安裝100天后,錨固力可由60kN增加到90kN。對地層橫向錯動,有良好的適應能力;鉆孔變彎曲,錨固得更牢。
    錨桿支護一般配合有噴漿永久支護,錨桿作用以組合梁效果為主;在半煤巖巷道施工中,錨桿支護一般起懸吊巖石的作用,它必須配合煤層貼幫柱及相應背幫等支護措施。
    錨桿支護技術參數的確定:按照加固的拱梁理論,加固拱梁厚度與錨桿長度和間距之間的關系:
    b=(Ltga—a)/tga
    式中
    b——加固拱梁厚度,m;
    L——錨桿的有效長度,m;
    a——錨桿在松散體中的控制角;
    A——桿的間距。
    錨桿的控制角如按45。計,則
    b=La
    根據上式,錨桿長度L=1600mm,選定錨桿間距a=600mm,則加固拱梁厚度將為900mm,相當于二層料石拱梁的厚度。

三、管縫式錨桿支護特點
    1.管縫式錨桿支護可一直跟到掘進巷道最迎頭,支護十分及時,可避免空頂作業的產生。
    2.管縫式錨桿只要一推進錨桿眼,其產生的錨固力就能達到,支護效果較好,可減少由于支護不及時造成的維修工作量。
    3.跟以往同類錨桿支護過程相比,管縫式錨桿支護具有工藝簡單,易于操作,且支護質量較能保證的優點。
    4.與坑木支護相比,管縫式錨桿支護不但是對巖石進行主動支護,可減少由于巷道變形引起的片幫事故,延長支護期限,實現節能降耗的目的,從長遠看其支護成本有較為明顯的降低;而且使巷道巖石風化脫落的機率大大降低,巷道維修量少,這對保留回采面上風巷的完整十分有利,為礦井正規面建設創造更好條件。
    5.管縫式錨桿超前支護的優點
    能使松軟的煤層和破碎的巖層經錨固后組成拱梁結構,增加了煤層及巖層的整體強度,使不易控制的煤巖體變為有相對穩定時間的煤巖體,給施工有效支護創造了一定的暗,從而產現施工安全順利進行。

    四、管縫錨桿應用實例
    從2004年開始,管縫式錨桿支護在我礦井巷掘進中已得到較好應用,但受使用范圍的限制,其優勢還遠未正常發揮,2006年一開始,管縫式錨桿支護進一步推廣到我礦各個生產采區開拓巷道和半煤巖施工中得到廣泛的應用。2006年3月份開始,我礦掘一隊施工延二采區西塊段37#石門穿煤層、39#+245~+195下山離落平點還有10m左右,遇見39#煤層,發生了冒片煤現象,全斷面的煤又不見頂底板,給施工造成了困難,影響了施工進度。為此,在處理巷道冒頂時為防止再次冒煤,我們對巖巷見煤施工全煤斷面的巷道迎頭采用管縫錨桿按20~50cm的間隙進行全斷面的超前錨固,起到預期效果。此后,類似問題在即可見煤時采用該項超前控制技術得到進一步驗證,使用效果顯著。
    1.材料選用及施工器具配備
    (1)材料選用:為保證錨桿支護質量,所使用錨桿材料的彈性的屈服應力大于350MPa,管壁厚2.0mm,管長1600ram,管徑34ram。開縫12mm。選用山東漣鋼田湖軋鋼有限公司生產的ф34×1600的管縫式錨桿(含托盤)。
    (2)施工器具配備:使用的ZY-24型風鉆、高壓風管及短氣腿一套,ф32新鉆頭或經磨制復用的ф34舊鉆頭,配備1.0m短鉆桿和1.8m長鉆桿各一根及一長一短兩根敲幫問頂用的撬棍、調整風鉆氣腿或穩鉆用的特制鐵椅等。
    2.應用地點
    延二采區兩塊段37#石門穿煤層及39#+245-+195下山及39#反眼施工作業點。
    3.錨桿布置
    按巷道輪廓線布置錨桿眼位(正常情況下,按20cm×20cm間排距排列),按與巷道施工方向成10-20。(斜交巷道前進方向)的方向安設錨桿。施工的炮眼深度不超過l00cm,這樣在炮放后,由于有超前的錨桿護住幫頂,錨桿還有60em仍然深入煤巖體中,形成的拱梁結構能保持松軟的煤巖體有一段相對的穩定時間,這時施工隊伍抓緊時間及時梯形支護跟緊迎頭,并控頂控幫,就能實現及時支護順利施工,而不發生冒頂片幫事故;在全巖開掘的巷道施工39#反眼,當最后一排炮見煤時,雖然按規定不放掉炮眼,但是在其拱頂上方也要按與上山方向成10-20。的角度布置,并打好超前控頂煤的錨桿,使得采煤隊進入作業時,放掉最后一排炮后不至于發生冒片煤的事故。減少施工中冒頂片煤的事故,實現安全作業。

4.管縫式錨桿超前支護工藝流程
    按沿巷道輪廓線要求進行布錨眼,配合一長一短兩根鉆桿,按1.8m長度掘出錨桿眼→用高壓風管吹眼→用特制頂錘套上錨桿(并配上托盤),利用風鉆的撞擊力把管縫式錨桿推進錨桿眼內→按先頂后幫的順序進行超前控頂控幫。嚴格按以上要求打好每一根錨桿,確認錨桿到位后,方可進行巷道斷面的1m深度的打眼作業。按掘進作業要求爆破出相關設計巷道(按80%的炮眼利用率每排炮進0.8m)→通風及敲幫問頂→出掉煤或矸石→立即用棚式支護控頂控幫一并把超前控頂幫的錨桿捌到或背進幫頂戧牢。下一班重復以上工作,直至順利通過破碎帶或全煤地段。

    5.安裝技術要領
    (1)安裝前應檢查管縫式錨桿的長度,直徑是否與巖孔相匹配。
    (2)安裝時,鑿巖機及頂錘、管縫式錨桿和煤巖孔四者的中心線應當在同一直線上。鑿巖機的風壓在起始時不要開得太大,等錨桿進入1/3深度時再開大氣閥,進行全力推進。
    (3)錨眼應比管縫式錨桿長度大50~100mm。托板貼緊巖面后,鑿巖機不得繼續沖擊管縫式錨桿的尾端。

    五、存在問題
    管縫式錨桿支護對錨桿眼孔徑精度要求較高,若孔徑太大會造成錨桿支護失效的現象,當孔徑偏小時,又容易引發管縫式錨桿不能全長打進錨桿眼,留了一段在孔外,拔不出來的情況,產生廢桿,造成支護效果達不到要求,不但給安全生產埋下安全隱患,而且又而浪費支護材料。應加強技術工種培訓。

    六、結論
    通過使用錨桿超前支護技術,實現巖巷穿煤層或破碎煤巖體施工不發生冒頂片幫事故,提高了巷道施工的安全性,減少了由于冒頂處理而增大的坑木使用量,有利于礦井安全生產,同時減輕了工人的勞動強度,改善了作業環境,降低了坑木的使用量。若圍巖較破碎的薄中厚層狀的圍巖中使用時,應配合網噴聯合支護,效果更佳。在礦山巷道等支護領域中,具有較好的推廣應用價值。不但企業本身具有較好的安全和明顯的經濟效益,由于降低坑木消耗,減少森林破壞與復墾,也有利于保護生態環境。
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