采区回风巷锚杆锚索支护参数和施工工艺应用

2018-05-11段飞

山西化工 2018年1期

段飞

（大同煤矿集团地煤公司,山西大同 037003）

1 工程概况

某矿采区巷道位于31采区下部北翼,南面为31采区大巷,北面为实体煤,西面为实体煤,东面为3117工作面。3117回巷地面对照物为南街圪咀西部,无重要建筑设施。故掘进时不会对地面建筑物产生影响。

工作面要掘进的对象是3＃煤层,3＃煤层厚度比较稳定,含一层夹矸,煤层厚度5.7m,煤层类型以亮煤为主,暗煤次之,煤质为贫煤,容重1.35t/m3,3＃煤层煤为中灰、特低硫、低磷、高发热量、高熔灰分的贫瘦煤。煤层直接顶板为泥岩,厚度为0.9m～4.5m,伪顶为灰质泥岩,老顶为细砂岩,厚13.46m～13.80m,含长石,石英杂砂岩夹薄层砂质泥岩具板状交错层理；直接底为泥岩,致密性脆,厚度为1.0m～1.8m。老底为细砂岩,厚度为6.29m［1］。

地质构造情况：根据三维地震资料和3117运巷掘进情况,预计该巷掘进过程中坡度变化较大,为坡度－5°～10°,该巷掘进过程中不会受到5m以上的陷落柱、断层等地质构造影响；该工作面煤层倾角为东倾西5°～15°。

预计或实测瓦斯、火、煤层情况：根据周边所掘巷道煤尘及瓦斯涌出情况,预测3117回巷瓦斯绝对涌出量为2.6m3/min,实测瓦斯含量为7.865 3m3/t。

根据山西煤矿安全装备技术测试中心鉴定表明：3＃煤层为Ⅲ类不易自燃煤层,火焰长度40mm；抑制煤尘最低岩粉用量45%,煤尘具有爆炸性。

水文地质情况：预计正常涌水量为10m3/h,最大涌水量为50m3/h。防治水措施：加强巷道瞬变电磁勘探,进行超前钻探验证,并做好防排水工作。

巷道布置情况：3117回巷工作面设计长度为700m,开口位置距西风井70m,开口以91°先向南开口水平掘进,掘进31m与西风井进风石门进行贯通,形成3117回巷运输系统；后退回综掘机向北正常掘进,该巷道沿底板掘进。本巷道施工层位为3＃煤层,工作面水平标高为＋439m～＋479m。

巷道情况：3117回巷断面为矩形,宽5m,高3.2m,支护形式为锚网索梁联合支护,掘进长度700m。

施工顺序：3117回巷采用一次成巷方式施工。3117回巷开口以91°先向南开口水平掘进,掘进31m与西风井进风石门进行贯通,形成3117回巷运输系统；后退回综掘机向北正常掘进,该巷道设计长度为700m。

巷道中线布置：3117回巷掘进时严格按照地测科所确定的中线掘进,采用激光指向仪指向掘进,中线误差不超过±100mm。每次在校对激光指向仪时要认真检查,确保中线准确无误［2－3］。

2 巷道支护设计要求与参数

巷道支护设计要求：1）巷道净高3.2m,允许误差在0mm～100mm内；2）巷道净宽5m,允许误差在0～100mm内；3）中线误差不超过±100mm；4）锚杆排距中至中1m,允许误差不大于±100mm；5）锚杆钻孔深度,允许误差在±50mm内；6）锚杆外露实际长度：施工完后露出托板不少于10mm,且不超过40mm；7）靠近巷顶（帮）的锚杆角度10°,误差不超过±3°；8）锚索外露长度150mm～250mm；9）锚索角度垂直于顶板；10）锚杆的预紧力矩：顶锚杆≥400N·m,帮锚杆≥300N·m；11）锚杆安装质量：托板紧贴煤壁（托架）,杆体无松动；12）金属网应铺平铺展,紧贴顶帮,网与网对接严密,扣扣相连梳理成辫,绑丝扭结不少于3圈；13）巷道成形达标,超挖误差不超过＋100mm,保证顶帮平直；14）巷道的文明生产严格按《生产矿井质量标准化标准》规定执行［2］。

临时支护的方法：临时支护采用前探梁,前探梁规格按生产技术科的要求设计使用,施工完成后必须安设防片帮装置。永久支护到工作面掌子头最大控顶距为1.2m,最小控顶距为0.2m,巷帮滞后2m进行永久支护。图1和图2是回风巷临时支护示意图。

图1 回风巷临时支护示意图

图2 回风巷临时支护示意图

永久支护：

巷道的支护方式：锚杆＋金属网＋钢筋托梁＋锚索来进行联合支护。

锚杆支护参数：3117回巷断面宽5m×高3.2m。

1）巷道顶板支护

锚杆形式和规格：锚杆长度2 400mm,Φ22mm左旋且无纵筋螺纹钢筋,杆体尾螺纹是M24,型号Φ22L2400。屈服强度不低于335MPa。抗拉强度不低于490MPa。

锚固的方式：端头来进行锚固,用型号为MSCKb2335和MSZ2360各一支药卷,锚杆钻孔直径30mm,锚固长度1 200mm。

顶板锚杆预紧力最低400N·m,且不超过500N·m；顶板锚杆的拉拔力是100kN。锚杆外露长度10mm～40mm。使用Φ16mm的钢筋焊接,托梁宽度80mm,长度4 800mm。

托板规格：150mm×150mm×10mm,拱高36mm,托板厚度10mm。

高强度托板盘匹配球形垫与减阻尼龙垫圈。锚杆安装角度：安装时候靠近巷道两帮顶板锚杆安设角度为与垂线成10°,其余与顶板垂直。

网片规格：采用8＃铁丝编制的金属网,网孔规格50mm×50mm,网片规格5 400mm×1 000mm,用16＃铅丝联接,双丝双扣,孔孔相联。

锚杆布置方式：安装时锚杆之间排距1 000mm,每排布置6根锚杆,间距900mm。

锚索形式和规格：

3117回巷锚索采用Φ18.9mm的低松弛高预应力1×7股钢绞线,长度6 300mm,端头锚固,采用3支锚固剂,1支规格为MSCKb2335,2支规格为MSZ2360,钻孔直径为30mm。

锚索布置：排距2 000mm,间距2 000mm,锚索长度6 300mm,锚索托板为拱形300mm×300mm×16mm钢板。拱高60mm,厚度16mm。锚索外露150mm～250mm。锚索初始张力不低于260kN,预紧力损失后不低于200kN。

2）巷帮支护

锚杆形式和规格：杆体为Φ20mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆,长度2 000mm,杆尾螺纹为M22,型号Φ20L2 000mm。

锚固方式：端头锚固,采用一支锚固剂,规格为MSZ2360。钻孔直径28mm,锚固长度为650mm。

安装时帮锚杆预紧力不低于300N·m,且不超过400N·m；拉拔力100kN。锚杆外露长度10mm～40mm。

钢筋托梁规格：采用Φ16mm的钢筋焊接而成,宽度80mm,长度3 000mm。

托板：采用拱型高强度托板盘配合球形垫和减阻尼龙垫圈,规格为150mm×150mm×10mm。

网片规格：采用8＃铁丝编制的金属网,网孔规格50mm×50mm,网片规格2 900mm×1 000mm,用14＃铅丝联接,双丝双扣,孔孔相联［4］。

锚杆布置方式：安装时锚杆之间排距1 000mm,每排每帮布置4根锚杆,间距900mm。

锚杆角度：靠近顶底板的两根锚杆与水平线呈10°,其余与巷帮垂直［4］。采区回风巷断面支护示意图见图3。

图3 采区回风巷断面支护示意图

3 回风巷支护施工工艺

3.1 顶锚杆施工工艺

1）打眼步骤：一人用左手握紧锚杆钻机防护架装置,再用右手将1.2m钻杆放进钻机夹盘内,采用Φ30mm钻头按设计角度及位置打设,施工时候需要工人抓紧锚杆钻机的T型把手,再顺时针旋转下部控制按钮,等钻尖对准眼位时,给马达控制板进行加压,当钻尖打入巷道顶板后,用拇指逆时针旋转水控制阀装置,钻杆机溢水冲洗钻孔,当钻孔到达位置后,再下放钻机来关闭水。按照上述操作即可完成2.4m的锚杆钻杆打眼。

2）安装锚杆步骤：先把搅拌螺母、锚垫及减磨垫圈套在锚杆上,然后依次将型号为MSCKb2335和MSZ2360树脂药卷各一支进入钻孔,最后使用锚杆将药卷顶至孔眼底部,一边搅拌一边推进,直到锚杆推至孔底。搅拌时间约23s～40s,当药卷凝固后方停止搅拌。

3）紧固锚杆步骤：卸下搅拌用的螺母,然后加设扭矩放大器,操纵给进的阀杆装置,再上紧锚杆螺母从而达到要求规定预紧力400N·m,最后缩回锚杆钻臂,锚固力为100kN。

3.2 帮锚杆施工工艺

1）打眼：标出帮眼位,将ZQS－45/1.4S型气动手持式钻机拿至工作面,使用型号Φ28mm钻头按照锚杆布置图规定角度和位置来进行打设帮眼。

2）安装锚杆：巷道帮部分两人一组,用锚杆将一支型号为MSZ2360药卷放入钻孔并推至孔底部,锚杆尾通过搅拌器来和钻机进行连接,搅拌时间约23s～40s,持续进行,当药卷凝固后方停止搅拌。

3）紧固锚杆：挂好金属网,上好托盘,拧上螺帽,1min之后,拧紧螺帽给锚杆施加一定预紧力,再用风动扳手将螺母紧固完毕,拧紧力矩不小于300N·m,锚固力为100kN。

3.3 锚索施工工艺

1）钻孔步骤：搭好工作台,利用风动钻机配合B19六方中空可接长钻杆和Φ30mm钻头按设计位置钻孔。一人在工作台上扶钻机并接长钻杆,一人在工作台下扶钻机,第三人负责操作钻机,三人密切配合按顶锚杆打眼工艺逐根接好钻杆打设锚索钻孔达到规定要求,然后缩下钻机逐根卸下钻杆［5］。

2）安装步骤：用锚索将型号为MSCKb2335的一支药卷与型号为MSZ2360的2支药卷依次缓慢推至孔底部,安排2人来扶住钻机,并且保持钻机和钻孔是一条直线。然后,开动钻机一边搅拌一边推进锚索,速度是先慢后快,当锚索插入钻孔到达要求定量之后,加速旋转搅拌40s后即停止,再下缩钻机,卸下搅拌器装置,最后加设机械式扭矩放大器,从而达到规定预紧力。