錨桿在煤礦巷道支護中的應用

概述
　　煤礦開采過程中，巷道的安全是至關重要的，如何保證巷道的穩定性進而確保井下工作人員的安全是目前煤礦開采過程中的一個難題。早在20世紀40年代，美國、前蘇聯就已在井下巷道使用了錨桿支護，以后在煤礦、金屬礦山、水利、隧道及其他地下工程中迅速得到了發展。西歐、中歐一些主要產煤國家，過去巷道中主要采用金屬支架支護，隨著巷道維護日益困難和支護成本的增加，各國均在積極發展錨桿支護[1]。我國從1956年起，在煤礦圍巖中使用錨桿支護，至今已有50余年的歷史。20世紀60年代錨桿支護開始進入采區，但由于煤層圍巖松軟，受采動影響后圍巖變形量很大，對支護技術要求很高，加之錨桿支護理論、設計方法、錨桿材料、施工機具，監測手段等還不夠完善，因而發展緩慢。今年來隨著支護理論的進步，錨桿支護技術也更加的完善，因此在巷道中被廣泛采用[2-5]。
　　2 工程概況
　　中馬村煤礦位于焦作市馬村區境內，與焦作市中心相距8公里，是我國第一個五年計劃期間原蘇聯援建的156項重點工程之一，至今已有56年的開采歷史。礦井原設計生產能力為60萬噸/年，分東西翼開采，東翼40萬噸/年，西翼20萬噸/年。因西翼水位地質條件復雜，不宜開采，目前僅為單翼（東翼）生產。經過近幾年多次升級改造，2008年核定生產能力115萬噸/年。該巷道對應地表為丘陵山地，對應上邊為上莊溝村莊，地表無水。頂板泥巖：深灰色，致密均一，性脆易斷，斷口平坦，含植物化石碎片，分布較穩定，平均厚度21.7m。底板：由上往下泥巖0.8m，含礫砂巖4.5m，細砂巖1.5m。煤層：黑色塊狀及粉末狀、結構復雜，含夾矸3-5層，夾矸巖性分別為粉砂巖、細砂巖、泥巖，煤體干燥，疏松破碎，極易自燃，煤巖類型為半亮型－半暗型，煤層厚度變化比較大，煤層平均厚度23.7m，無斷層，無褶曲。因此可以采用錨桿支護。
　　3 錨桿施工程序及質量控制
　　1）鉆孔。打錨桿眼使用MZ-12煤電鉆，每次爆破前施工距工作面空頂不得大于0.6米。爆破完畢后，立即在永久支護掩護下將前探梁伸到工作面，保證前探梁距工作面距離為零，并用長柄工具在永久支護掩護下將零皮、活矸煤、傘檐等不安隱患處理掉，確保安全無誤后，立即用半圓木和木楔子剎緊打牢。打錨桿眼時，將相應的前探梁退后一根，打完后將前探梁推至工作面，再將相臨的前探梁退后，周而復始將永久支護安設到工作面窩頭。2）錨桿安裝方法。錨桿孔鉆好后，特別是幫、底錨樣孔應沿鉛桿多次進出、將孔內的浮煤清凈，保證錨桿的錨固力，然后，用錨桿將樹脂藥輕輕送入眼底，再用煤電鉆或風鉆進行攪拌，攪拌時間為20s±5s，凝固后取下鉆掛網，15min后將托板上好，螺母擰緊，要求托板與煤、巖面貼緊，確保支承效果，避免頂板離層。3）錨網支護。打錨桿必須嚴格按照規程中規定，照好中線找錨桿位置畫眼，錨桿間排距誤差為±100mm。錨桿要求與煤層層面垂直，錨桿與頂板或巷道輪廓線夾角不小于75°。錨桿必須上木錨盤，螺紋外漏長度為10-30mm。錨桿錨固力必須達到頂150KN、幫150KN以上，不合格必須重新補打。每隔100米巷道進行一次錨桿拉力試驗，并用紅漆做好標記。緊固錨桿螺母必須使用力矩扳手，擰緊力矩不小于100N.m。金屬網搭接100mm，每200mm用聯網絲扭結一次，采用雙邊三花連接，連接點要均勻布置，金屬網要拉展鋪平，頂網與巷道中心線垂直鋪設。4）架棚支護。架棚時，梁與腿搭接450mm，每幫上三個卡纜，卡纜螺絲必須上緊，若遇到棚腿不很規格時，腿與梁處可打木楔，卡纜間距為80mm，卡纜嚴禁“親嘴”。每次放炮時，必須在連板處和柱根處各打一根撐桿，撐桿必須打成一條直線，不少于10米。架棚嚴禁出現前傾、后仰、邁步棚，棚間距為0.5米，迎山角為2°。架棚時每隔5米，把棚腿用鋼絲繩固定在巷道幫錨桿上，防止巷道在上山施工中棚子推倒。5）噴射混凝土。噴射混凝土必須采用標號不低于425號水泥，要使用細砂，不得使用粗砂，水泥：沙子=1：2.5。清理噴射現場的矸石雜物，接好風、水管路，輸料管要鋪設平直，不得有急彎，接頭要嚴密、不得漏風。噴射中，要先噴頂后噴幫，滯后距離不得超過50米，噴射頭與受噴面應盡量保持垂直，噴射頭與受噴面的垂直距離為0.8-1.0米。開機：給水→開風→開機→上料；停機：停料→停機→關水→停風。6）支護質量要求：錨網巷道下寬為5376mm，高為3982mm，允許誤差為0－100mm。錨桿規格為￠20×2500金屬麻花錨桿，間排距允許誤差為±50mm，孔深允許誤差為0-+50mm，外漏長度為≤50mm，錨桿與煤壁角度≥75o。架棚后，巷道凈寬為4863mm，高為3744mm柱窩深200mm，允許誤差為±100。三角線允許誤差為±50mm，坡度為12°允許誤差為±1°。棚間距為0.5米，迎山角為2o速凝劑必須在上料口處均勻加入，速凝劑加入量為水泥、沙子總量的3%，噴射厚度為150mm，噴射要均勻、平整，無裂隙，無“蜂窩”及“麻面”現象。
　　4 質量檢測
　　錨桿及混凝土噴射完畢后，對巷道頂部及兩側的位移進行檢測，同時對錨桿的應力水平，通過位移及應力傳感器測得的數據可知，巷道的位移及錨桿的應力均在規范允許的范圍之內，由此可以說明錨桿在才本巷道的支護中是安全的，可以保證煤礦的順利開采，同時為井下工作人員提供了一個安全的工作環境。
　　結論
　　選擇錨桿對本巷道進行加固，不僅保證了巷道的質量及安全，同時也可以提高煤礦開采的效率，為煤礦的開采提供更加安全的環境。在以后的煤礦巷道加固中，可以根據巷道的實際情況合理對錨桿進行改進，這樣可以拓寬錨桿的適用性，為煤礦巷道支護提供科學合理的依據。