锚索组合梁在掘进工作面中的应用技术

何军

摘要：随着地方煤矿回暖，传统的锚网喷支护工艺已不能满足矿井深部开采技术，故此我矿引进“锚索组合梁”施工工艺对掘进工作面顶板管理的研究，是本矿科技创新的一个科研项目，从2018年3月1日～2018年8月1日，在三采区轨道下山中进行了锚索组合梁课题的研究试验，试验取得了较好成果，下面着重就锚索组合梁在掘进过程中的应用情况作一一简介。

关键词：锚索组合梁；应用；掘进工作面

前言：

筠连县汪家沟煤矿属地方煤矿，设计生产能力21万吨/年，采用斜巷+平硐开采方式。目前正在布置三采区开拓巷道。三采区岩巷前期主要采用锚杆支护，加上本矿的地质条件差，矿山压力较大导致巷道变形严重，已经严重制约巷道的服务年限，针对这问题，故对本矿三采区轨道下山岩巷支护进行研究，研究出一套适合本矿的支护---“锚索组合梁”加固支护。

一、锚索组合梁的研究与使用效果

本矿选择三采区轨道下山进行试验，三采区轨道下山设计长度约200m，里程0-100m段不采用“锚索组合”梁施工，里程100-200m段采用“锚索组合梁”加固支护。施工工艺包括掘进与支护两大部分。

（一）锚杆施工

1、巷道掘进

巷道掘进是一个非常重要的环节。一方面影响成巷速度，另一方面，巷道成型质量直接影响锚杆、锚索支护各构件的安装预支护性能的发挥。

为了保持巷道围岩的完整性与稳定性，减小掘进对围岩的破坏。如果采用钻爆法掘进，必须采用光面爆破。对掘进有以下要求：

（1）严格按照设计的巷道断面和尺寸施工，不得超挖或欠挖。严格控制周边眼距离在400mm左右。

（2）保证成形质量，使巷道表面平整度光滑，杜绝凹凸不平的岩面产生，为锚杆、锚索组合梁等处于较好的受力状态，充分发挥支护作用。

2、锚杆支护

锚杆采用φ20mm、长度1800mm的螺纹锚杆应紧跟掘进工作面及时支护。施工工艺流程为：临时支护→打眼→铺金属网→上锚盘→喷浆。在装药卷过程中，锚杆的施工角度不低于75°，然后在安装MSCaK快速树脂药卷2条，用锚杆钻机搅拌树脂药卷20-30s，停止搅拌并等待10-15S的时间使其锚杆设计预紧力。施工顺序大致由正顶向两帮按锚杆间、排距800m×800m的规定施工。

3、锚杆施工完毕后进行喷浆，喷射混凝土标号不低C30，每隔3天洒水养护。

（二）锚索组合梁施工

锚索组合梁由一根组合梁、2根5.3m的锚索组成，锚索选用φ15.24mm、高强度低松弛粘结式1×7钢绞线（极限荷载21t）制作，长度为5.3m，组合梁采用矿用9#工字钢加工制作，长度为1.0m。施工时，按巷道走向成“一”字型施工，锚索组合梁施工间距3m/排，每排3组。与锚杆相比，锚索具有深度大、强度大、可施加较大预紧力的特点。锚索的施工很多方面与锚杆类似。

锚索应紧跟掘进工作面及时支护。锚索支护施工工艺流程为定锚索孔位，钻进锚索钻孔、清孔，往钻孔内装入1条MSCaK快速树脂药卷、3条MSCaM慢速树脂药卷，起动锚杆机搅拌树脂药卷至规定时间，停止搅拌等待规定时间后收缩钻机卸下导筒，等待10-15min，安装好组合梁，用气动拉紧器紧固到设计预紧力。

锚索支护施工工艺中，钻孔、搅拌树脂药卷与拉紧组合梁为重要环节。

（三）巷道观测

三采区轨道下山采用LBY-3型顶板离层仪进行观测。

1、LBY-3顶板离层仪观测

主要有深、浅基点锚固器、钢丝绳、拉紧螺丝、长、短测筒、刻度指示环等组成。顶板监测原理：深基点锚固器应固定在钻孔深部5m处稳定岩层内，浅基点锚固器应固定在钻孔2-2.5m处。当锚杆锚固范围内有离层时，顶板（游标）沿长、短测筒向内移动，移动量由测筒上刻度指示环指示。当锚固范围顶板离层时，长测筒与顶板相对位置不变，但沿短测筒向内滑动，表明有离层，离层量由短测筒标尺指示。当锚固范围内、外都有离层时，长、短测筒分别有离层显示。鉴于三采区轨道下山距离200m，故每隔50m安设一个顶板离层仪进行观测。安设日期2018年3月1日由本人每7天进行一次观测，并将观测记录按月进行汇总，并将数据进行分析形成观测曲线。

2、观测曲线

3、数据分析

经过6个月的顶板离层观测，由曲线数据进行分析三采区轨道下山未施工“锚索组合梁”的巷道由于矿压影响，变形较为严重，而施工了“锚索组合梁”的巷道变形量相当小。因此，得出，我矿使用“锚索组合梁”这项新技术是可行的，而且值得大力推广使用。

二、锚索组合梁的经济效益

通过我矿的试验使用情况看，对比我矿三采区轨道下山里程0-100m段巷道维修情况进行对比。该段未采用“锚索组合梁施工”，采用的“锚网喷”，自施工完毕以来，前后维修了3次。巷道维修成本每次大概在600-1000元/m左右，相当于重新施工1次新巷道的成本1900-2200元/m，而使用了“錨索组合梁”的里程100-200m，目前为止完好无缺，巷道变形量微乎其微，给本矿带来了无形的经济效益，在今后的掘进工作面中，“锚索组合梁”的推广使用势在必行。

三、锚索组合梁存在问题

1、施工锚索组合梁速度较慢、装锚索时，容易发生索体搅拌不到位，造成外露长度超过300mm，极容易使锚索组合梁锚固效果大打折扣。

2、职工在施工时觉得麻烦，耽误时间，思想认识不到位，安全意识跟不上、工程质量就不达标，导致材料的浪费，给安全生产带来威胁。

四、提高锚锁组合梁施工速度的途径

成巷速度取决于掘进与支护速度，而在总的成巷时间内，支护工序占了大部分时间，因此，提高成巷速度的关键是缩短支护时间，提高支护速度，有以下途径：

1、采用“三高一低”的设计理念进行锚杆支护设计。提高单根锚杆的强度与刚度，在保证支护效果与巷道安全的前提下，减小支护密度，实现高强度、高刚度、高可靠性与低密度的“三高一低”的现代锚杆支护设计理念，显著减少单位面积上锚杆数量，提高支护速度。

2、优选施工机具、优化施工工艺。采用单体锚杆钻机的施工工艺，应根据巷道地质与生产条件选择合适的施工工具，合理安排施工工序，尽可能实现平行作业，可显著提高支护速度。

3、采用快速安装机具与工艺。采用快速安装机具与工艺，缩短每个工序所占用的时间。如采用快速安装器或扭矩螺母，实现搅拌树脂锚固剂、上托板、拧螺母一次完成，大大提高锚杆安装速度。

五、结束语

“锚索组合梁”是当前地方煤矿的新工艺、新技术，在一定程度上控制了矿井生产成本，在安全上使顶板事故得到杜绝，在当今各监管部门高压监管形势下值得地方煤矿大力推广应用。