樹脂錨桿在煤巷支護中的應用研究

林世豪，王世潭

（龍巖學院 資源工程學院，福建 龍巖 364012）

樹脂錨桿在煤巷支護中的應用研究

林世豪，王世潭

（龍巖學院 資源工程學院，福建 龍巖 364012）

為了探索福建地方煤礦回采巷道的有效支護方式，結合龍潭煤礦回采巷道的支護實踐和具體的生產技術條件，提出在煤巷中采用樹脂錨桿的支護方式.通過現場試驗，錨桿的拉拔力符合支護要求，巷道表面變形量較管縫式錨桿支護明顯減小，支護狀態良好.實踐表明，煤巷中采用樹脂錨桿支護較之其他支護方式，具有初錨力大支護及時有效、綜合支護成本低、避免或減少巷道的返修率等優點，對同類煤礦的回采巷道支護有較好的指導作用.

樹脂錨桿；煤巷；施工工藝；支護效果；支護質量

1 問題的提出

龍潭煤礦是設計能力21萬噸/年的生產礦井，井田內工程地質和水文地質比較復雜.礦井主采煤層的回采巷道走向長度比較大、維護時間較長，加上一段地層圍巖層理發育，容易風化脫層、片幫，給巷道支護工作增加了難度，傳統的支護方式已不能適應煤礦發展的要求.近年來采用注漿錨桿和管縫式錨桿支護，雖然都改變了傳統的支護理念，也取得了較好的效果，但由于注漿錨桿工藝復雜，砂漿有硬化過程，需要較長時間才能達到錨固力要求；管縫式錨桿也由于易氧化腐蝕，沒有足夠的耐久性，而且對錨桿的安裝要求高，不符合質量標準都會導致錨固力下降，使巷道發生變形、片幫甚至冒頂，迫使重新采用架設工字鋼棚、U型鋼棚進行維修，既影響生產又造成損失.而樹脂錨桿所具有的施工工藝簡單、支護及時、初錨力強、錨固力大等特點恰能彌補上述的不足.因此，加強煤巷樹脂錨桿支護技術的應用研究，對同類煤礦的煤巷支護技術的改革具有一定的示范作用和重要的現實意義.

2 支護參數選擇及施工工藝

2.1 試驗巷道的基本條件

試驗巷道為龍潭煤礦302采區-50～37#N運巷，巷道長度350m，掘進斷面5.8m2，巷道斷面形狀為不規則型.37#煤層位于龍永煤田一段地層中部，上距39#煤層66m，頂板為黑灰色泥巖，厚度6m，水平微細層理，近煤3m內黃鐵礦絲體及條帶結核豐富，產動物化石，底板為石英細砂巖.煤層結構簡單，平均厚度0.85m，傾角穩定屬較穩定煤層.

2.2 支護參數選擇

2.2.1 錨桿長度的設計

根據松動圈理論，可以用超聲波圍巖裂隙探測儀測量巷道圍巖的松動圈深度L2，考慮錨固于穩定圍巖中的長度L1不小于350mm，加上錨桿外露長度L3（通常為100mm）便可根據錨桿長度計算公式：L=L1+L2+L3確定錨桿長度.經測試，試驗巷道圍巖松動圈深度為下幫1505mm、頂幫1325mm、上幫1350mm，由L=L1+L2+L3=1955mm，確定錨桿長度為2.0m.

2.2.2 錨桿的間排距

對于煤巷通常按擠壓加固拱理論來設計錨桿間排距，亦即錨桿的間排距取決于擠壓加固拱的厚度和強度.當選用的錨桿長度和強度較大，如果安裝及時且有足夠大的預緊力時，間排距可以大一些，通常可達到0.9-1.0m，結合該礦類似巷道管縫式錨桿支護的經驗，同時考慮在結合錨網使用時要縮小錨桿的間排距，加密布眼壓網，因此最終確定錨桿的間排距為0.9m，巷道錨桿布置方式見圖1.

圖1 巷道支護斷面圖

2.3 支護材料選擇

煤巷樹脂錨網支護所需材料主要有錨桿以及錨桿配件、錨固劑和金屬網.巷道頂幫錨桿均采用20*2000mm的螺紋鋼錨桿，一端加工成麻花狀，起到攪拌藥卷和固定的作用，另一端做成螺紋可以鎖上托盤；錨桿配件主要有快裝螺母、球形墊、穹形托盤；錨固劑選用Z2360樹脂錨固劑，頂幫錨桿各配一支樹脂錨固劑實現加長錨固，煤巷的護網采用菱形金屬網，為提高煤巷的支護效果，網孔選用30mm* 30mm.

2.4 施工設備及工藝

樹脂錨桿支護的施工設備包括巷道掘進正常使用的24型風鉆及壓風管、長度為1.0m、1.5m、2.2m的鉆桿、直徑28mm的鉆頭、TJ-9型風動錨桿攪拌器、QB-16風動扳手、手動扳手等.

施工工藝順序：按掘進工作面作業規程施工巷道-通風、敲幫問頂→出煤或部分矸石→按0.9m間排距及“三花眼”的方式確定錨桿眼的位置→用￠28鉆頭、利用2200mm鉆桿準確布鉆打眼，錨桿眼深度控制在2070mm±10mm→用壓風管的高壓風吹凈錨桿眼內粉塵→用桿體將樹脂錨固劑頂入眼底，再開動錨桿攪拌器帶動錨桿轉動40s左右，并勻速地將錨桿推至眼底等錨固劑固結后→裝上托盤螺母及安裝器，用風動扳手或手動扳手上緊螺母，使整個錨桿體連成一體形成有效的錨固力→根據上根錨桿的安裝及支護效果確定是否打下一個錨桿眼→打出下一個錨桿眼后按前述工序安裝樹脂錨桿.在圍巖較破碎的巷道或煤巷、半煤巖巷中，樹脂錨桿結合金屬網使用可以起到“加固拱”的作用，同時可以形成以錨桿主的整體承載結構，改善錨桿支護的效果.

3 支護效果分析

3.1 錨桿有效性檢測

利用錨桿拉力計對已安裝的錨桿進行抽查，在常規測試時做到每星期抽查錨桿數量不少于15根，其中錨固時間在24小時以內的錨桿不少于總數的60%、兩幫錨桿的比例也要求不少于總抽查數的60%.根據現場隨機抽查沒有發現失效的錨桿，巷道頂板、兩幫樹脂錨桿的拉拔力均在50KN以上，符合支護要求.

3.2 巷道表面位移檢測結果比較

在302采區共設兩組巷道表面位移“十”字測站，一組設在采用管縫式錨桿支護的-50～37#S運巷，另一組設在采用樹脂錨桿支護的-50～37#N運巷.觀測到巷道的測點圍巖變形數據如圖2、圖3：

圖2 新舊支護方式巷道頂板移近量

圖3 新舊支護方式巷道兩幫移近量

由圖中看出，在距離采煤工作面前方20m的測點處，采用管縫式錨桿支護時其頂底板最大移近量為320mm，兩幫最大移近量為116mm,采用樹脂錨桿支護時其對應的巷道測點最大移近量分別為底板102mm和兩幫62mm.煤巷采用樹脂錨桿支護后，其巷道的變形量遠小于原來的管縫式錨桿支護，取得了較好的支護效果.

3.3 與其它支護方式的安全性比較

過去對于此類的回采巷道通常都采用注漿錨桿或管縫式錨桿支護，經常會出現由于砂漿硬化時間過長、管縫式錨桿不可靠等原因，造成巷道迎頭支護滯后，甚至出現空頂，引起巷道變形、冒頂、片幫，給煤礦的安全生產帶來不利影響.而樹脂錨桿的支護可以在掘進工作面迎頭進行，支護及時，有效避免了空頂作業的發生，有利于安全生產.

4 保證支護質量的幾個關鍵問題

4.1“三徑”匹配問題

所謂“三徑”是指鉆孔直徑、錨桿直徑和樹脂藥卷直徑，只有“三徑”的合理匹配才能使樹脂經攪拌后充分混合并充滿鉆孔達到要求的錨固力.通常鉆孔直徑與錨桿直徑之差為6-10mm、與藥卷直徑之差為3-6mm較為適宜，因此本次支護試驗中使用直徑28mm的鉆頭、錨桿直徑20mm、樹脂藥卷直徑23mm.

4.2 錨桿安裝工藝問題

錨桿安裝前，要用高壓空氣對鉆孔的灰渣、積水進行清理，清理后用桿體將藥卷推入孔底進行攪拌，在錨固劑完全固化之前不要移動或晃動桿體，達到錨固劑所需固化時間后，才能開始鋪金屬網并鎖上托板，鎖托板時螺母要使用機械鎖固，安裝時盡量使托板緊貼煤（巖）壁.此外，錨桿眼的眼位確定要準確，一般要求誤差不超過±100mm，鉆眼盡量垂直于巖石層位即穿層的方向，誤差不超過150，錨桿眼的深度和錨桿長度相適應，桿體錨固段避免粘上油漬，安裝采用先頂板后兩幫的順序.

4.3 應用中要注意的其他問題

樹脂錨固劑的有效期是三個月，使用中不要儲存太多避免用到失效的錨固劑；為了減少托板與螺母間的摩擦力，提高樹脂錨桿的錨固力，安裝時在螺母與托板之間要使用減摩墊圈；在煤巷掘進時要注意爆破成形，盡量使金屬網和錨桿托板能與頂幫緊貼，改善錨桿的受力條件；在巷道圍巖滲水嚴重的情況下使用樹脂錨桿支護，會使錨桿的錨固力達不到理論數值，影響支護的可靠性，此時要加強錨桿有效性檢測，確保錨桿具有合理的錨固力.

5 結語

通過龍潭煤礦回采巷道樹脂錨桿支護的現場試驗，對相關支護數據進行統計分析和處理的結果表明：在煤巷中采用樹脂錨桿支護是行之有效的，具有施工工藝操作簡單,可大大減輕工人的勞動強度；支護效果好能有效阻止巷道的變形，減少巷道的維修工作量降低采掘成本；支護及時，有效避免空頂作業實現安全生產，對同類煤礦的回采巷道支護工程實踐有指導作用.

〔1〕徐龍倉,張明杰,劉思遠.樹脂錨桿支護技術在深部軟巖巷道中的應用[J].礦山壓力與頂板管理,2002(04):15-16.

〔2〕金天湖.錨桿支護“三徑”匹配技術的應用研究[J].甘肅科技,2010(05):69-71.

〔3〕徐傳運.煤巷錨桿支護關鍵技術[J].煤炭技術,2007(06): 68-70.

〔4〕張本德,孫久政,宋發生.淺談樹脂錨桿在掘進巷中的應用[J].煤炭技術,2001(08):62-63.

〔5〕徐光明,殷振友.高強樹脂錨桿支護技術在沿空送巷中的應用[J].煤炭技術,2008(04):138-139.

TP353

A

1673-260X（2017）05-0043-02

2017-01-13

龍巖市科技計劃項目（2014LY33）