錨索組合梁在掘進工作面中的應用技術

何軍

摘要：隨著地方煤礦回暖，傳統的錨網噴支護工藝已不能滿足礦井深部開采技術，故此我礦引進“錨索組合梁”施工工藝對掘進工作面頂板管理的研究，是本礦科技創新的一個科研項目，從2018年3月1日～2018年8月1日，在三采區軌道下山中進行了錨索組合梁課題的研究試驗，試驗取得了較好成果，下面著重就錨索組合梁在掘進過程中的應用情況作一一簡介。

關鍵詞：錨索組合梁；應用；掘進工作面

前言：

筠連縣汪家溝煤礦屬地方煤礦，設計生產能力21萬噸/年，采用斜巷+平硐開采方式。目前正在布置三采區開拓巷道。三采區巖巷前期主要采用錨桿支護，加上本礦的地質條件差，礦山壓力較大導致巷道變形嚴重，已經嚴重制約巷道的服務年限，針對這問題，故對本礦三采區軌道下山巖巷支護進行研究，研究出一套適合本礦的支護---“錨索組合梁”加固支護。

一、錨索組合梁的研究與使用效果

本礦選擇三采區軌道下山進行試驗，三采區軌道下山設計長度約200m，里程0-100m段不采用“錨索組合”梁施工，里程100-200m段采用“錨索組合梁”加固支護。施工工藝包括掘進與支護兩大部分。

（一）錨桿施工

1、巷道掘進

巷道掘進是一個非常重要的環節。一方面影響成巷速度，另一方面，巷道成型質量直接影響錨桿、錨索支護各構件的安裝預支護性能的發揮。

為了保持巷道圍巖的完整性與穩定性，減小掘進對圍巖的破壞。如果采用鉆爆法掘進，必須采用光面爆破。對掘進有以下要求：

（1）嚴格按照設計的巷道斷面和尺寸施工，不得超挖或欠挖。嚴格控制周邊眼距離在400mm左右。

（2）保證成形質量，使巷道表面平整度光滑，杜絕凹凸不平的巖面產生，為錨桿、錨索組合梁等處于較好的受力狀態，充分發揮支護作用。

2、錨桿支護

錨桿采用φ20mm、長度1800mm的螺紋錨桿應緊跟掘進工作面及時支護。施工工藝流程為：臨時支護→打眼→鋪金屬網→上錨盤→噴漿。在裝藥卷過程中，錨桿的施工角度不低于75°，然后在安裝MSCaK快速樹脂藥卷2條，用錨桿鉆機攪拌樹脂藥卷20-30s，停止攪拌并等待10-15S的時間使其錨桿設計預緊力。施工順序大致由正頂向兩幫按錨桿間、排距800m×800m的規定施工。

3、錨桿施工完畢后進行噴漿，噴射混凝土標號不低C30，每隔3天灑水養護。

（二）錨索組合梁施工

錨索組合梁由一根組合梁、2根5.3m的錨索組成，錨索選用φ15.24mm、高強度低松弛粘結式1×7鋼絞線（極限荷載21t）制作，長度為5.3m，組合梁采用礦用9#工字鋼加工制作，長度為1.0m。施工時，按巷道走向成“一”字型施工，錨索組合梁施工間距3m/排，每排3組。與錨桿相比，錨索具有深度大、強度大、可施加較大預緊力的特點。錨索的施工很多方面與錨桿類似。

錨索應緊跟掘進工作面及時支護。錨索支護施工工藝流程為定錨索孔位，鉆進錨索鉆孔、清孔，往鉆孔內裝入1條MSCaK快速樹脂藥卷、3條MSCaM慢速樹脂藥卷，起動錨桿機攪拌樹脂藥卷至規定時間，停止攪拌等待規定時間后收縮鉆機卸下導筒，等待10-15min，安裝好組合梁，用氣動拉緊器緊固到設計預緊力。

錨索支護施工工藝中，鉆孔、攪拌樹脂藥卷與拉緊組合梁為重要環節。

（三）巷道觀測

三采區軌道下山采用LBY-3型頂板離層儀進行觀測。

1、LBY-3頂板離層儀觀測

主要有深、淺基點錨固器、鋼絲繩、拉緊螺絲、長、短測筒、刻度指示環等組成。頂板監測原理：深基點錨固器應固定在鉆孔深部5m處穩定巖層內，淺基點錨固器應固定在鉆孔2-2.5m處。當錨桿錨固范圍內有離層時，頂板（游標）沿長、短測筒向內移動，移動量由測筒上刻度指示環指示。當錨固范圍頂板離層時，長測筒與頂板相對位置不變，但沿短測筒向內滑動，表明有離層，離層量由短測筒標尺指示。當錨固范圍內、外都有離層時，長、短測筒分別有離層顯示。鑒于三采區軌道下山距離200m，故每隔50m安設一個頂板離層儀進行觀測。安設日期2018年3月1日由本人每7天進行一次觀測，并將觀測記錄按月進行匯總，并將數據進行分析形成觀測曲線。

2、觀測曲線

3、數據分析

經過6個月的頂板離層觀測，由曲線數據進行分析三采區軌道下山未施工“錨索組合梁”的巷道由于礦壓影響，變形較為嚴重，而施工了“錨索組合梁”的巷道變形量相當小。因此，得出，我礦使用“錨索組合梁”這項新技術是可行的，而且值得大力推廣使用。

二、錨索組合梁的經濟效益

通過我礦的試驗使用情況看，對比我礦三采區軌道下山里程0-100m段巷道維修情況進行對比。該段未采用“錨索組合梁施工”，采用的“錨網噴”，自施工完畢以來，前后維修了3次。巷道維修成本每次大概在600-1000元/m左右，相當于重新施工1次新巷道的成本1900-2200元/m，而使用了“錨索組合梁”的里程100-200m，目前為止完好無缺，巷道變形量微乎其微，給本礦帶來了無形的經濟效益，在今后的掘進工作面中，“錨索組合梁”的推廣使用勢在必行。

三、錨索組合梁存在問題

1、施工錨索組合梁速度較慢、裝錨索時，容易發生索體攪拌不到位，造成外露長度超過300mm，極容易使錨索組合梁錨固效果大打折扣。

2、職工在施工時覺得麻煩，耽誤時間，思想認識不到位，安全意識跟不上、工程質量就不達標，導致材料的浪費，給安全生產帶來威脅。

四、提高錨鎖組合梁施工速度的途徑

成巷速度取決于掘進與支護速度，而在總的成巷時間內，支護工序占了大部分時間，因此，提高成巷速度的關鍵是縮短支護時間，提高支護速度，有以下途徑：

1、采用“三高一低”的設計理念進行錨桿支護設計。提高單根錨桿的強度與剛度，在保證支護效果與巷道安全的前提下，減小支護密度，實現高強度、高剛度、高可靠性與低密度的“三高一低”的現代錨桿支護設計理念，顯著減少單位面積上錨桿數量，提高支護速度。

2、優選施工機具、優化施工工藝。采用單體錨桿鉆機的施工工藝，應根據巷道地質與生產條件選擇合適的施工工具，合理安排施工工序，盡可能實現平行作業，可顯著提高支護速度。

3、采用快速安裝機具與工藝。采用快速安裝機具與工藝，縮短每個工序所占用的時間。如采用快速安裝器或扭矩螺母，實現攪拌樹脂錨固劑、上托板、擰螺母一次完成，大大提高錨桿安裝速度。

五、結束語

“錨索組合梁”是當前地方煤礦的新工藝、新技術，在一定程度上控制了礦井生產成本，在安全上使頂板事故得到杜絕，在當今各監管部門高壓監管形勢下值得地方煤礦大力推廣應用。