【摘要】在煤礦開采過程中部分巷道服務(wù)期限很短，如回采工作面的開切眼等。而其支護(hù)的錨桿類材料因難以回收，影響采煤機(jī)截齒的正常割煤作業(yè)；因礦山安全生產(chǎn)需要，很多地方都會(huì)用到臨時(shí)或一次性的吊掛起吊，而采用普通錨桿吊掛支護(hù)，施工工序繁雜，由于井下生產(chǎn)的特殊性，點(diǎn)多面廣，量少次數(shù)多，施工的準(zhǔn)備工作量大、需要工具設(shè)備多，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，通用性差。膨脹錨桿在安裝工藝、材料投入、工時(shí)利用及支護(hù)能力上相對(duì)普通支護(hù)錨桿，進(jìn)行了有效的優(yōu)化和提高，在簡(jiǎn)化工藝、節(jié)約成本和安全生產(chǎn)方面進(jìn)行了有益的探索和嘗試。
為消除該類頂板事故的隱患，很多礦井在大斷面的掘進(jìn)巷道迎頭使用了防片網(wǎng)。同時(shí)，為解決矸石耙裝與迎頭安全施工的平行作業(yè)問題，耙矸機(jī)回頭閥子與工作面迎頭向后一定安全距離處，必須安設(shè)隔離網(wǎng)等安全防護(hù)設(shè)施。但是，由于斷面較大，防片網(wǎng)或隔離網(wǎng)自身相對(duì)較重，爆破頻率較高，直接造成安全防護(hù)設(shè)施安裝、拆卸與挪移的頻率較高，并直接約束掘進(jìn)工作的正常進(jìn)行，占用了較多工時(shí)，浪費(fèi)了大量材料。
因礦山安全生產(chǎn)需要，很多地方都會(huì)用到臨時(shí)或一次性的吊掛起吊，而采用普通錨桿吊掛支護(hù)，施工工序繁雜，由于井下生產(chǎn)的特殊性，點(diǎn)多面廣，量少次數(shù)多，施工的準(zhǔn)備工作量大、需要工具設(shè)備多，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，通用性差。本文結(jié)合國投新集三礦的具體工程實(shí)例對(duì)可重復(fù)使用式膨脹錨桿在巖巷開拓掘進(jìn)工作面的應(yīng)用進(jìn)行研究分析。
一、膨脹錨桿支護(hù)控制機(jī)理
膨脹錨桿是采用普通左旋加強(qiáng)螺紋鋼，配合厚壁、特定外徑的鋼管、錐頭及其它附件組成 ，具體分為主、副桿體、錐頭、托板、緊固螺栓。主桿體一端與錐頭固定，另一端為螺紋緊固端；副桿體為一端具有鋼條片的鋼管。
其使用原理：主桿體插入副桿體內(nèi)，通過緊固螺栓的作用，主桿體帶動(dòng)錐頭進(jìn)入副桿體鋼條片內(nèi)，造成副桿體膨脹而達(dá)到加固目的；需要卸除時(shí)，推出螺帽，沖擊主桿體，使其相對(duì)副桿體外出一定距離，錐頭完全推出鋼條片之外，拉動(dòng)副桿體并帶動(dòng)主桿體，即可整體取出。
從支護(hù)方式該錨桿屬于端錨支護(hù)，采用螺栓緊固拉動(dòng)作用，造成副桿體尾部膨脹，膨脹區(qū)段與巖石鉆孔內(nèi)壁之間形成過盈配合，根據(jù)鉆孔內(nèi)壁巖石物理力學(xué)性能的不同，一定扭矩下，膨脹系數(shù)不同，過盈配合公差不同。巖石硬度越小，公差值越小，反之亦然。端部非膨脹區(qū)至巖石鉆孔口處，副桿體與巖石鉆孔為間隙配合，配合公差原則上不得小于3mm，以便于不使用時(shí)取出整套錨桿件。但是由于巖石性質(zhì)的不同，當(dāng)遇到軟巖或巖層發(fā)育、破碎時(shí)，該段間隙配合的公差可能因圍巖應(yīng)力作用而變小，甚至為零，會(huì)發(fā)生少量膨脹錨桿不易取出的現(xiàn)象。但是副桿體采用外表面鍍鋅或不銹鋼材料，并保持光滑，并在外端口設(shè)專用拉鉤，即可完全取出。該型膨脹錨桿安裝工藝簡(jiǎn)單，回收便捷，通用性好，整套錨桿件可同時(shí)回收復(fù)用，從根本上達(dá)到節(jié)省錨桿、錨固劑等材料，達(dá)到降低成本的目的，改善了臨時(shí)支護(hù)工藝的操作流程。
支護(hù)參數(shù)的確定
1、理論依據(jù)
錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的主要理論依據(jù)是錨桿的擠壓組合拱理論。錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)可以把圍巖松動(dòng)圈以內(nèi)的巖體通過擠壓而組合成拱，在圍巖應(yīng)力的作用下產(chǎn)生整體塑性變形，釋放一部分原始應(yīng)力，最后形成穩(wěn)定的擠壓組合拱，把被動(dòng)支護(hù)變?yōu)橹鲃?dòng)支護(hù)。
錨桿間排距
按組合拱理論，錨桿的長(zhǎng)度和間排距與組合拱厚度之間的關(guān)系符合下式，即b=(Ltgα-a)/tgα式中：b為組合拱厚度，m；L為錨桿有效長(zhǎng)度，m；α為錨桿在松散巖體中的控制角，(°)；a為錨桿的間排距，m。
錨桿的控制角一般按45°計(jì)算，這樣對(duì)松散體比較安全，因此，上式可簡(jiǎn)化為b=L-a；通過對(duì)煤層松動(dòng)圈測(cè)試，確定12號(hào)煤層組合拱厚度不小于1.2m比較安全，則a=L-b=2-1.2=0.8m，取a=0.6m。
3、超前支護(hù)
從工作面巷頂距煤層垂距2m起，每次向前掘進(jìn)之前，都要首先進(jìn)行超前支護(hù)。超前支護(hù)在工作面巷頂以25～30°仰角打1排縫管錨桿，錨桿間距350～400mm，超前控制頂板不少于1.3m，超前支護(hù)錨桿不少于5根，正頂1根，左右各不少于2根
4、見煤前2m巖石段施工
為防止煤層暴露時(shí)由于應(yīng)力集中而冒頂，采用淺打眼、放小炮方法以減少震動(dòng)破壞。打眼掘進(jìn)深度不超過1.2m，掏槽眼設(shè)在工作面下部。首先對(duì)巷道下部進(jìn)行爆破，之后對(duì)兩幫打錨桿進(jìn)行控制，接著對(duì)上半部淺打眼爆破，這樣可保持巷頂圍巖的完整性。離煤不夠500mm左右的巖石采用風(fēng)鎬刷下。頂煤掘出后及時(shí)打臨時(shí)支護(hù)錨桿，然后進(jìn)行錨網(wǎng)噴漿永久支護(hù)。掘進(jìn)一炮支護(hù)一炮。
5煤層段施工
從工作面見煤后開始，向前施工時(shí)，為了及時(shí)控制巷道頂板，保證施工安全，采用上、下分層的施工方法，先施工上分層，從工作面上半部中間開始掘進(jìn)，掘深不超過1.2m，邊掘邊打臨時(shí)支護(hù)錨桿。巷頂荒斷面弧線長(zhǎng)1.6m左右時(shí)，及時(shí)掛網(wǎng)打錨桿，由中間向兩側(cè)交替進(jìn)行。上分層掛網(wǎng)打錨桿完畢后，及時(shí)噴漿，然后再向前施工上層。上層施工超過下半部?jī)刹鐣r(shí)再施工下分層。見煤初期工作面下半部巖石部分可打眼放炮掘進(jìn)。下層掘進(jìn)時(shí)先掘一側(cè)，掘1.2m左右時(shí)打錨桿掛網(wǎng)，再掘另一側(cè)。兩側(cè)掘進(jìn)夠1.2m時(shí)，進(jìn)行一次噴漿，完成一次永久支護(hù)。上、下層始終保持有1m左右寬的正臺(tái)階，以便于施工人員施工。
6、見頂板后施工
見12號(hào)煤層頂板后，不再打超前支護(hù)的縫管錨桿。由于煤層頂板巖層較穩(wěn)定，巖石部分采用放炮方法施工，工作面下半部的煤層部分仍采用風(fēng)鎬掘進(jìn)。上部爆破后打好臨時(shí)支護(hù)錨桿，然后掘下部，掘1.2m時(shí)，及時(shí)進(jìn)行錨網(wǎng)噴漿永久支護(hù)。
二、巷道地質(zhì)條件
試用巷道為-260m～-600m總回風(fēng)巷和-600m配風(fēng)巷。-260m～-600m總回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中，進(jìn)行試用區(qū)段巷道的的主要地質(zhì)情況為：灰～灰黑色中間夾有細(xì)砂巖條帶的砂質(zhì)泥巖；銀灰色、含有紫紅色小花斑的花斑泥巖；灰～灰黑色、中間夾有細(xì)砂巖條帶的砂質(zhì)泥巖；
-600m配風(fēng)巷在使用時(shí)，該段巷道巖性分別為：砂質(zhì)泥巖，灰～深灰色，薄層狀，致密，性脆，斷口平整；細(xì)砂巖，灰白色，中厚層狀，致密、堅(jiān)硬，斷口平整；砂質(zhì)泥巖，灰～灰白色，厚層狀，致密，堅(jiān)硬，斷口平整。
三、巖巷開拓掘進(jìn)工作面支護(hù)形式及使用情況分析
-260m～-600m總回風(fēng)巷圍巖巖層發(fā)育，局部泥巖遇水迅速軟化，圍巖壓力明顯，支護(hù)形式為U型棚并噴漿，斷面12.2㎡；-600m配風(fēng)巷，圍巖穩(wěn)定，巖性狀況良好，支護(hù)形式為錨噴支護(hù)，斷面12.2㎡；
原掛防片網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)均為樹脂錨桿，規(guī)格：ø20mm×2000mm左旋螺紋錨桿，錨固劑為Z2850快速樹脂藥卷，每孔使用量為2支。懸掛防片網(wǎng)使用4組。
試用的可重復(fù)使用式膨脹錨桿規(guī)格，副桿體長(zhǎng)1m，外徑34mm，主桿體長(zhǎng)1.2m，直徑20mm。錐頭最大直徑40mm。入孔深度不小于0.9m。
--600m配風(fēng)巷圍巖穩(wěn)定，鉆孔完整性良好，抗拔力平均在10t以上，盡管對(duì)該膨脹錨桿做最大負(fù)荷的拉力試驗(yàn)，同一根錨桿在多個(gè)眼孔內(nèi)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，最大時(shí)測(cè)試?yán)?3.25t，螺栓卸除沒有明顯變化，取出后，整體構(gòu)件完好無損，在多次試驗(yàn)及其他多次復(fù)用的膨脹錨桿，安裝、拆卸均很簡(jiǎn)捷，但是如果噴漿等未對(duì)螺紋進(jìn)行保護(hù)時(shí)，卸除時(shí)相對(duì)會(huì)困難些，必須進(jìn)行及時(shí)清理方可卸除再次復(fù)用。遇到類似問題尤其是主桿體隨螺絲帽一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過增加一個(gè)扳手在外露端部對(duì)主桿體錨桿進(jìn)行固定后，即可正常卸除。為確保使用簡(jiǎn)捷的目的，螺紋在非安裝或拆卸時(shí)應(yīng)采取套軟管等方式進(jìn)行保護(hù)。該工作面試用的膨脹錨桿安裝使用簡(jiǎn)捷，復(fù)用率高，使用約45天，未出現(xiàn)損毀現(xiàn)象。-260m～-600m總回風(fēng)巷試用時(shí)，部分膨脹錨桿不能順利從鉆孔內(nèi)取出，對(duì)錐頭最大直徑進(jìn)行縮小處理后得以解決，由于迎頭巖性破碎、松散等原因，支護(hù)時(shí)采取增大扭矩的辦法，抗拔力均達(dá)到9t以上，且能正常安裝和完全卸除復(fù)用。
四、結(jié)論
綜合目前國內(nèi)通用的各種支護(hù)錨桿分析其優(yōu)勢(shì)如下：
在施工工藝上，巖石鉆孔按照一定尺寸鉆好后，在端部非膨脹的狀況下，輕輕推入鉆孔內(nèi)適當(dāng)位置，采用扳手直接擰緊達(dá)到80N﹒m即可，對(duì)鉆孔的質(zhì)量要求不高，只要能夠?qū)㈠^桿推入孔內(nèi)即可。安裝工藝相對(duì)目前應(yīng)用極為廣泛的樹脂錨桿，大幅簡(jiǎn)化，大部分必要的風(fēng)動(dòng)工具準(zhǔn)備工作均得以取消，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；相對(duì)其它端錨錨桿如新型機(jī)械式可回收端錨錨桿等對(duì)眼孔質(zhì)量要求很低，且不需要特殊的專用推拉機(jī)械。
從成本管理上，該錨桿因除端部膨脹外，其余全程等徑，鉆孔與鋼管外壁空隙大小不影響錨固件的取出，回收操作簡(jiǎn)捷，解決了錨桿回收只限于理論的局限性，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了成功的推廣和應(yīng)用。
巖性普氏硬度系數(shù)大于2時(shí)，取出非常方便，當(dāng)遇到軟巖和煤體內(nèi)時(shí)，采用小錐頭加強(qiáng)型，仍可滿足正常需要?？芍貜?fù)使用式膨脹錨桿的成功運(yùn)用，為臨時(shí)支護(hù)吊掛或短期錨桿支護(hù)巷道提供了參考和借鑒，為解決短暫、頻繁性、高抗拔力吊掛工作提供了一個(gè)良好的解決方式。
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