锚杆无损检测技术在余吾煤业快速掘进中的应用

2021-04-10武海涛

煤 2021年4期

武海涛

(山西潞安化工集团余吾煤业有限责任公司，山西屯留 046100)

目前我国大部分煤矿企业煤巷掘进普遍采用锚杆支护方式，随着近年来掘进工程专业设备一体化、自动化的发展，掘进进尺较过去大幅提升。余吾煤业公司利用掘锚一体机、锚杆支护钻车等设备，月进尺可达350 m，加上复杂的煤矿井巷工程条件和锚杆施工工程的隐蔽性，工程质量检测成为当前急需解决的难题之一。

根据煤炭行业标准《煤巷锚杆支护技术规范》(GB/T 35056-2018)，目前煤矿锚杆支护巷道施工质量主要检测内容包括锚杆预紧力或力矩检测、锚杆锚固力检测[1]。其中锚杆锚固力检测主要依靠传统的锚杆抗拔力试验进行，操作费时费力，经常造成锚杆拉出而导致锚杆失效，改变了支护的稳定状态，且往往无法测量锚杆锚固长度等隐蔽工程。因此，便携式、操作简单、可测量锚杆锚固长度的锚杆无损检测技术成为煤巷工程质量检测技术发展的方向之一[2]。

1 锚杆无损检测技术原理

锚杆无损检测的原理主要是弹性的回波阻抗反射检测法。锚杆锚固好后，锚杆锚固段与自由端的弹性波会有明显区别，形成阻抗界面，在锚杆的外端发出激励信号，首先通过响应传感器接收到激励波，同时弹性波沿锚杆杆体传递，当信号传递到锚固段时，会反射回波信号，回波信号传递到响应传感器时，无损检测仪会显示波形信号，通过滤波、调整波段光标等T图像处理方式分析信号后，可确定锚杆的锚固长度和自由端长度。更换测试传感器和激振装置后，可以检测出锚固力、预紧力和工作载荷[3-4]。锚杆无损检测示意见图1。

图1 锚杆无损检测示意

2 锚杆无损检测的现场应用

2.1 余吾煤业快速掘进及支护概况

潞安化工集团余吾煤业公司核定生产能力为750万t/a，矿井井田面积161.205 km2。主采3号煤层，可采储量6.58亿t，该煤层厚度为5.10～7.26 m，平均厚度5.98 m，倾角2～15°；顶板一般为泥岩、粉砂质泥岩，底板为黑色泥岩、粉砂岩，老底为中细粒砂岩。夹矸0～3层，一般1层，厚0.27 m，属结构简单至较简单煤层。目前公司在南一采区回风上山进行快速掘进试验，巷道支护参数见图2。

图2 南一采区回风上山支护断面示意(mm)

南一采区回风上山掘进工作面采用树脂加长锚固强力锚杆锚索+钢筋托梁配W钢护板组合支护系统，顶锚杆锚固长度为1.27 m，锚固力≥200 kN，帮锚杆锚固长度为1 m，锚固力≥200 kN。经过对支护参数优化后，将顶板锚索长度缩短为6.3 m，顶板锚杆数量减少为6根，单帮锚杆数量减少为4根。配套试验1套澳大利亚产最新式12CM30掘锚一体机，全断面一次成巷，割煤时间控制在5 min，最多1个小班可以施工10排，月单进进尺最大可达400 m。

2.2 锚杆无损检测现场应用情况

根据《煤矿井巷工程质量验收规范》(GB 50213-2010)规定，锚杆的抗拔力(即锚固力)最低值不得小于设计值的90%。检验方法：用锚杆拉力计做抗拔力试验，试验中、竣工验收时，抽查试验记录，必要时应进行现场实测[5]。因此，针对南一回风上山掘进工作面的验收，需要按照《煤巷锚杆支护技术规范》(GB/T 35056-2018)，每300根按顶、帮锚杆各抽样1组(共9根)进行检查，视作1个抽样组。按照日进尺16 m计算，每日施工锚杆约280根，每天进行1组锚杆拉拔试验(9根)，检验时间预计在3 h左右，需投工2人。采用无损检测技术对本巷道锚杆进行抽检和支护效果评价，每天检测人员减少为1人，检测时间缩短为2 h，达到了减员增效的目的，还可以对施工中的隐蔽工程，比如锚杆、锚索长度进行抽查，完善了支护质量管控体系。

本单位使用武汉长盛科技公司的CMSW6(A)型矿用本安型锚杆无损检测仪，该仪器有数据处理功能，可实现信号采集、数据保存管理、计算分析、多平台数据传输、测试结果显示等功能，可以直接进行检测的参数有锚杆长度、锚固力、预紧力和工作载荷，由于锚杆预应力检测在本班施工后已进行逐根验收，故本次检测不检查锚杆预紧力。表1是本次检查记录表，随机抽取3根顶锚杆，两帮各抽取3根帮锚杆共9根为1组。根据检测结果可以看出，顶板第二根锚杆锚固力为147 kN，达不到锚杆预紧力或力矩不低于设计预紧力矩90%的要求。因此现场对这根锚杆用锚杆拉拔仪进行了拉拔试验，试验结果依旧为不合格，经技术组和生产科分析，并现场询问锚杆施工工人后，排除了由于煤帮松软而导致锚杆失效的情况，查出原因为锚杆支护工在安装锚杆时，搅拌锚固剂没有按照规程规定时间达到30 s，没有让锚杆与锚固剂进行充分搅拌[6]。