简析煤巷锚杆支护快速掘进技术的发展

周宝平

摘要:锚杆支护技术是煤矿支护改革的发展方向,是煤矿继综合机械化采煤技术后又一重大推广技术。本文对锚杆支护的应用发展水平进行介绍,针对锚杆支护的薄弱环节,展望了煤巷锚杆支护及快速掘进技术的发展方向。

关键词:锚杆支护快速掘进发展

0 引言

在煤矿巷道掘进工作中,快速支护施工工艺已成为提高巷道支护效果、实现快速掘进的关键。然而,锚杆支护作为一种有效的采准巷道支护方式,由于对巷道围岩强度的强化作用,可显著提高围岩的稳定性,加之具有支护成本较低、成巷速度快、劳动强度减轻、提高巷道断面利用率、简化回采面端头维护工艺、明显改善作业环境和安全生产条件等优点,可提高矿井的经济效益,因而成为煤矿企业矿井巷道的一种主要支护形式,代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。我国在“七·五”期间开始对煤巷锚杆支护技术进行研究,“八·五”期间把采准巷道的锚杆支护技术作为重点科技攻关项目,对锚杆支护的设计方法、支护材料、施工工艺及监测手段与仪器等方面进行研究,使锚杆支护技术有了新的发展,进入以锚梁网为代表的组合锚杆支护阶段。到“九·五”期间锚杆支护又被列为继续攻关和推广的重点。从目前来看,我国煤巷锚杆支护的比例还不到30%,仍有着广泛的发展前景。

1 煤巷锚杆支护快速掘进技术的发展

1.1 支护材料的改进 目前使用的锚杆多为自产自销,缺乏必要的检测和监督,为此一定要严格审核锚杆的加工质量,严禁不合格的锚杆下井。另外还要进一步改进锚杆支护材料,发展新型锚杆,实现锚杆强初撑力、急增阻、高阻力。对于锚杆的附件,应重视W(或H型)钢带梁和减磨增压垫圈的作用,并应进一步提高锚杆托盘的质量,防止托盘损坏造成锚杆失效。树脂锚固剂是决定锚固力的关键。要提高树脂锚固剂的强度和刚度,以提高围岩与锚杆的粘接强度;保证锚固剂质量,超快段能够及时凝固,使锚杆能够尽早预紧,快速承载。

1.2 设计方法及设计参数的优化 支护设计以往主要是依据悬吊理论、组合拱理论或挤压加固理论,采用工程类比法和计算公式法。但由于地质条件的复杂性,就一种方法或一个公式不能给出合理的设计参数。为解决这一难题,采用以地应力为基础的动态设计法,并在此基础上建立计算机辅助设计的专家系统。该方法主要内容为“地质力学评估数值模拟初始设计现场监测利用反馈信息修改设计”。现场监测非常关键,监测取得的数据是作为二次修改设计的依据,修改设计后再应用于实践。只有经过不断地改进支护设计,才能使锚杆支护更为经济、合理。在选定设计方法之后,还要根据不同的顶板岩性及地质构造特点,优化设计参数,为快速掘进提供技术依据。

1.3 开发掘锚新机具 当前煤巷快速掘进的施工方法为:掘进机割煤桥式胶带转载机和固定皮带机运煤敲帮问顶顶锚杆机打顶眼并安装、帮锚杆机打帮眼并安装,实现一次成巷,及时支护。这种方法的主要矛盾是掘进工作面的开机率较低,一般在30%以下,支护时间过长,跟不上机掘速度,影响单进水平的提高。因此发展掘锚联合机组,实现“掘支锚一体化”平行作业,将是加快煤巷锚杆支护单进速度的必要手段。就目前的施工工艺而言,影响快速掘进的主要因素有两方面:一是掘进机割煤速度;二是锚杆机打眼及安装速度。现在使用的S100及EBJ132型掘进机功率较小,割煤速度较慢,打眼使用的MQT-50型风动锚杆钻机钻进速度慢,维修率较高。因此,要实现快速掘进,一方面要发展应用大功率掘进机,如S200型;另一方面要研制新型锚杆钻机。现在澳大利亚液压工程公司生产的机载锚杆机,拥有ARO4000系列顶锚杆钻机、ARO5500系列帮锚杆钻机等型号,可安装在任何型号掘进机上,以掘进机自身液压系统为动力,具有安全、高效、准确、快速、使用寿命长等优点,能够实现顶帮锚杆的快速安装。它将是我国煤巷快速掘进的又一发展方向。

1.4 增大安装预紧力 根据锚杆组合梁作用原理,较大的安装预紧力可在顶板内形成强度较大的组合岩梁,增强顶板岩梁的整体抗弯能力。一般来讲,安装预紧力与安装扭矩呈线性比例关系,增大安装扭矩便可获得较大的安装预紧力。这样可在顶板内快速形成强度较大的组合岩梁,增强顶板的整体强度。

1.5 锚杆联合支护 稳定的围岩采用单一的锚杆支护是可行的,但是在受到动压影响,处于软岩层中,围岩容易变形、地层压力大的不稳定围岩,则必须采用不同的锚杆联合支护。对于不稳定或极不稳定巷道,这类巷道的特点是围岩破坏范围和变形量大,除锚杆支护配锚梁网组合支护外,还应采取加长锚杆长度、缩小锚杆间排距、顶板注浆、锚索加固等特殊手段加强支护。另外,在大跨度的交岔点、硐室、切眼和地质构造破碎带,单纯的锚杆支护不足以维护工程稳定,还须用上述手段辅助加强支护。如果这些问题得以解决,就可以把锚杆支护作为唯一的顶板支护方式,实现巷道支护锚杆化,进一步提高巷道的掘进速度。

1.6 二次支护 在施工设计时,考虑到围岩的自身承载能力,以现场监测数据为指导,增大锚杆间排距,先布置低密度锚杆,后路及时进行二次支护,与迎头支护平行作业,使支护强度达到最终支护密度。具体施工时,还要确定二次支护距离迎头的距离。二次支护可采用小孔径锚索或柔性锚杆,以弥补一般锚杆支护的不足,锚固到深层坚硬岩层,增强支护的可靠性。

2 加强施工管理与员工培训

首先,锚杆支护除了严格要求按措施施工、加强工程质量监督之外,监测是监督施工质量、保证支护安全可靠的重要手段。目前主要使用顶板离层仪及无损锚杆测力计来检测顶板离层和锚杆受力。目前需要一种综合测力装置,同时监测巷道顶板离层情况及锚杆所受载荷,据此可对支护效果进行综合分析评价,使支护更加经济、合理。

其次,快速掘进的施工组织采用综合作业队劳动组织形式,其特点是施工的主要工种和辅助工种组织在一起,既分工又协作,一队多能。此外还应建立健全各种规章制度,包括现场交接班、岗位责任、质量验收、设备维修、技术管理和材料管理制度等,实现区队管理制度化、规范化。在技术管理上,要坚持正规作业循环和多工种平行作业,这是实现快速掘进的有效方式。在施工管理上,必须达到一次成巷,不留尾巴工程。

最后,加强技术培训提高人员素质,因为锚杆支护的技术性较强,其质量需要有科学的设计、精心的施工和严格的检验来保证。其中关键是设计、施工、管理人员必须有较高的素质。为此,必须加强对所有人员的技术培训。

3 结束语

目前,煤巷锚杆支护及快速掘进技术取得了长足的发展,锚杆支护在理论上正逐步完善,支护效果也达到预期要求,但仍然跟不上采煤技术的发展,并且在现场施工中仍存在较多问题,造成掘进速度上不去,这就需要尽快实现锚杆支护技术科学化、系统化、规范化,为更好地协调采掘关系,为矿井的高产高效建设奠定坚实的基础,从而推动快速掘进技术的全面发展。

参考文献:

[1]侯朝炯,郭励生,勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社.1999.