周寶平

摘要:錨桿支護(hù)技術(shù)是煤礦支護(hù)改革的發(fā)展方向,是煤礦繼綜合機(jī)械化采煤技術(shù)后又一重大推廣技術(shù)。本文對(duì)錨桿支護(hù)的應(yīng)用發(fā)展水平進(jìn)行介紹,針對(duì)錨桿支護(hù)的薄弱環(huán)節(jié),展望了煤巷錨桿支護(hù)及快速掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:錨桿支護(hù)快速掘進(jìn)發(fā)展

0 引言

在煤礦巷道掘進(jìn)工作中,快速支護(hù)施工工藝已成為提高巷道支護(hù)效果、實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的關(guān)鍵。然而,錨桿支護(hù)作為一種有效的采準(zhǔn)巷道支護(hù)方式,由于對(duì)巷道圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化作用,可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性,加之具有支護(hù)成本較低、成巷速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度減輕、提高巷道斷面利用率、簡(jiǎn)化回采面端頭維護(hù)工藝、明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件等優(yōu)點(diǎn),可提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益,因而成為煤礦企業(yè)礦井巷道的一種主要支護(hù)形式,代表了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展方向。我國(guó)在“七·五”期間開始對(duì)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究,“八·五”期間把采準(zhǔn)巷道的錨桿支護(hù)技術(shù)作為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目,對(duì)錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)方法、支護(hù)材料、施工工藝及監(jiān)測(cè)手段與儀器等方面進(jìn)行研究,使錨桿支護(hù)技術(shù)有了新的發(fā)展,進(jìn)入以錨梁網(wǎng)為代表的組合錨桿支護(hù)階段。到“九·五”期間錨桿支護(hù)又被列為繼續(xù)攻關(guān)和推廣的重點(diǎn)。從目前來看,我國(guó)煤巷錨桿支護(hù)的比例還不到30%,仍有著廣泛的發(fā)展前景。

1 煤巷錨桿支護(hù)快速掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展

1.1 支護(hù)材料的改進(jìn) 目前使用的錨桿多為自產(chǎn)自銷,缺乏必要的檢測(cè)和監(jiān)督,為此一定要嚴(yán)格審核錨桿的加工質(zhì)量,嚴(yán)禁不合格的錨桿下井。另外還要進(jìn)一步改進(jìn)錨桿支護(hù)材料,發(fā)展新型錨桿,實(shí)現(xiàn)錨桿強(qiáng)初撐力、急增阻、高阻力。對(duì)于錨桿的附件,應(yīng)重視W(或H型)鋼帶梁和減磨增壓墊圈的作用,并應(yīng)進(jìn)一步提高錨桿托盤的質(zhì)量,防止托盤損壞造成錨桿失效。樹脂錨固劑是決定錨固力的關(guān)鍵。要提高樹脂錨固劑的強(qiáng)度和剛度,以提高圍巖與錨桿的粘接強(qiáng)度;保證錨固劑質(zhì)量,超快段能夠及時(shí)凝固,使錨桿能夠盡早預(yù)緊,快速承載。

1.2 設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化 支護(hù)設(shè)計(jì)以往主要是依據(jù)懸吊理論、組合拱理論或擠壓加固理論,采用工程類比法和計(jì)算公式法。但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性,就一種方法或一個(gè)公式不能給出合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。為解決這一難題,采用以地應(yīng)力為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法,并在此基礎(chǔ)上建立計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)。該方法主要內(nèi)容為“地質(zhì)力學(xué)評(píng)估數(shù)值模擬初始設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)利用反饋信息修改設(shè)計(jì)”。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)非常關(guān)鍵,監(jiān)測(cè)取得的數(shù)據(jù)是作為二次修改設(shè)計(jì)的依據(jù),修改設(shè)計(jì)后再應(yīng)用于實(shí)踐。只有經(jīng)過不斷地改進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì),才能使錨桿支護(hù)更為經(jīng)濟(jì)、合理。在選定設(shè)計(jì)方法之后,還要根據(jù)不同的頂板巖性及地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn),優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù),為快速掘進(jìn)提供技術(shù)依據(jù)。

1.3 開發(fā)掘錨新機(jī)具 當(dāng)前煤巷快速掘進(jìn)的施工方法為:掘進(jìn)機(jī)割煤橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)和固定皮帶機(jī)運(yùn)煤敲幫問頂頂錨桿機(jī)打頂眼并安裝、幫錨桿機(jī)打幫眼并安裝,實(shí)現(xiàn)一次成巷,及時(shí)支護(hù)。這種方法的主要矛盾是掘進(jìn)工作面的開機(jī)率較低,一般在30%以下,支護(hù)時(shí)間過長(zhǎng),跟不上機(jī)掘速度,影響單進(jìn)水平的提高。因此發(fā)展掘錨聯(lián)合機(jī)組,實(shí)現(xiàn)“掘支錨一體化”平行作業(yè),將是加快煤巷錨桿支護(hù)單進(jìn)速度的必要手段。就目前的施工工藝而言,影響快速掘進(jìn)的主要因素有兩方面:一是掘進(jìn)機(jī)割煤速度;二是錨桿機(jī)打眼及安裝速度。現(xiàn)在使用的S100及EBJ132型掘進(jìn)機(jī)功率較小,割煤速度較慢,打眼使用的MQT-50型風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)鉆進(jìn)速度慢,維修率較高。因此,要實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn),一方面要發(fā)展應(yīng)用大功率掘進(jìn)機(jī),如S200型;另一方面要研制新型錨桿鉆機(jī)?，F(xiàn)在澳大利亞液壓工程公司生產(chǎn)的機(jī)載錨桿機(jī),擁有ARO4000系列頂錨桿鉆機(jī)、ARO5500系列幫錨桿鉆機(jī)等型號(hào),可安裝在任何型號(hào)掘進(jìn)機(jī)上,以掘進(jìn)機(jī)自身液壓系統(tǒng)為動(dòng)力,具有安全、高效、準(zhǔn)確、快速、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)頂幫錨桿的快速安裝。它將是我國(guó)煤巷快速掘進(jìn)的又一發(fā)展方向。

1.4 增大安裝預(yù)緊力 根據(jù)錨桿組合梁作用原理,較大的安裝預(yù)緊力可在頂板內(nèi)形成強(qiáng)度較大的組合巖梁,增強(qiáng)頂板巖梁的整體抗彎能力。一般來講,安裝預(yù)緊力與安裝扭矩呈線性比例關(guān)系,增大安裝扭矩便可獲得較大的安裝預(yù)緊力。這樣可在頂板內(nèi)快速形成強(qiáng)度較大的組合巖梁,增強(qiáng)頂板的整體強(qiáng)度。

1.5 錨桿聯(lián)合支護(hù) 穩(wěn)定的圍巖采用單一的錨桿支護(hù)是可行的,但是在受到動(dòng)壓影響,處于軟巖層中,圍巖容易變形、地層壓力大的不穩(wěn)定圍巖,則必須采用不同的錨桿聯(lián)合支護(hù)。對(duì)于不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定巷道,這類巷道的特點(diǎn)是圍巖破壞范圍和變形量大,除錨桿支護(hù)配錨梁網(wǎng)組合支護(hù)外,還應(yīng)采取加長(zhǎng)錨桿長(zhǎng)度、縮小錨桿間排距、頂板注漿、錨索加固等特殊手段加強(qiáng)支護(hù)。另外,在大跨度的交岔點(diǎn)、硐室、切眼和地質(zhì)構(gòu)造破碎帶,單純的錨桿支護(hù)不足以維護(hù)工程穩(wěn)定,還須用上述手段輔助加強(qiáng)支護(hù)。如果這些問題得以解決,就可以把錨桿支護(hù)作為唯一的頂板支護(hù)方式,實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)錨桿化,進(jìn)一步提高巷道的掘進(jìn)速度。

1.6 二次支護(hù) 在施工設(shè)計(jì)時(shí),考慮到圍巖的自身承載能力,以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為指導(dǎo),增大錨桿間排距,先布置低密度錨桿,后路及時(shí)進(jìn)行二次支護(hù),與迎頭支護(hù)平行作業(yè),使支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到最終支護(hù)密度。具體施工時(shí),還要確定二次支護(hù)距離迎頭的距離。二次支護(hù)可采用小孔徑錨索或柔性錨桿,以彌補(bǔ)一般錨桿支護(hù)的不足,錨固到深層堅(jiān)硬巖層,增強(qiáng)支護(hù)的可靠性。

2 加強(qiáng)施工管理與員工培訓(xùn)

首先,錨桿支護(hù)除了嚴(yán)格要求按措施施工、加強(qiáng)工程質(zhì)量監(jiān)督之外,監(jiān)測(cè)是監(jiān)督施工質(zhì)量、保證支護(hù)安全可靠的重要手段。目前主要使用頂板離層儀及無損錨桿測(cè)力計(jì)來檢測(cè)頂板離層和錨桿受力。目前需要一種綜合測(cè)力裝置,同時(shí)監(jiān)測(cè)巷道頂板離層情況及錨桿所受載荷,據(jù)此可對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià),使支護(hù)更加經(jīng)濟(jì)、合理。

其次,快速掘進(jìn)的施工組織采用綜合作業(yè)隊(duì)勞動(dòng)組織形式,其特點(diǎn)是施工的主要工種和輔助工種組織在一起,既分工又協(xié)作,一隊(duì)多能。此外還應(yīng)建立健全各種規(guī)章制度,包括現(xiàn)場(chǎng)交接班、崗位責(zé)任、質(zhì)量驗(yàn)收、設(shè)備維修、技術(shù)管理和材料管理制度等,實(shí)現(xiàn)區(qū)隊(duì)管理制度化、規(guī)范化。在技術(shù)管理上,要堅(jiān)持正規(guī)作業(yè)循環(huán)和多工種平行作業(yè),這是實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的有效方式。在施工管理上,必須達(dá)到一次成巷,不留尾巴工程。

最后,加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)提高人員素質(zhì),因?yàn)殄^桿支護(hù)的技術(shù)性較強(qiáng),其質(zhì)量需要有科學(xué)的設(shè)計(jì)、精心的施工和嚴(yán)格的檢驗(yàn)來保證。其中關(guān)鍵是設(shè)計(jì)、施工、管理人員必須有較高的素質(zhì)。為此,必須加強(qiáng)對(duì)所有人員的技術(shù)培訓(xùn)。

3 結(jié)束語

目前,煤巷錨桿支護(hù)及快速掘進(jìn)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,錨桿支護(hù)在理論上正逐步完善,支護(hù)效果也達(dá)到預(yù)期要求,但仍然跟不上采煤技術(shù)的發(fā)展,并且在現(xiàn)場(chǎng)施工中仍存在較多問題,造成掘進(jìn)速度上不去,這就需要盡快實(shí)現(xiàn)錨桿支護(hù)技術(shù)科學(xué)化、系統(tǒng)化、規(guī)范化,為更好地協(xié)調(diào)采掘關(guān)系,為礦井的高產(chǎn)高效建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),從而推動(dòng)快速掘進(jìn)技術(shù)的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

[1]侯朝炯,郭勵(lì)生,勾攀峰.煤巷錨桿支護(hù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.1999.