綜采工作面破碎頂板應(yīng)用水力膨脹式錨桿維護(hù)頂板工藝探索與研究
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綜采工作面破碎頂板應(yīng)用水力膨脹式錨桿維護(hù)頂板工藝探索與研究

作者:白東東 2012-05-31 11:04 來(lái)源:本站原創(chuàng)

綜采工作面破碎頂板應(yīng)用水力膨脹式錨桿維護(hù)頂板工藝探索與研究

摘要  主要探討了水力膨脹式錨桿在維護(hù)綜采工作面破碎頂板期間在華恒礦十一層綜采工作面的成功應(yīng)用,并對(duì)其技術(shù)特征、工作面地質(zhì)條件、工藝參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了深入分析與介紹。

關(guān)鍵詞:綜采工作面 水力膨脹式錨桿 維護(hù) 頂板

 

1、工作面概況

本面為-650m水平采區(qū)31101東面。工作面11115東采空區(qū),東鄰F8-2斷層,西鄰三采軌道下山。采后對(duì)-650m采軌道、運(yùn)煤有輕微影響。

工作面走向長(zhǎng)904.7904.1m,平均904.4m;傾斜寬92.3166.8m,平均124.5m,面積為145655m2。工作面標(biāo)高-586.8~-670.6m。

本面地表投影位置地面標(biāo)高為197.9205.3m。工作面距地表平均垂深830.3m。

煤層整體為傾向北東的單斜構(gòu)造。工作面煤層走向108°~126°,傾向18°~36°,傾角8°~18°,平均13°。煤層產(chǎn)狀變化大,無(wú)明顯次一級(jí)褶曲。

工作面掘進(jìn)過(guò)程中共揭露斷層44條,落差大于三分之二煤厚的斷層35條,42條為斜交正斷層,2條逆斷層,斷層附近,煤層厚度及產(chǎn)狀有大小不一的變化,頂板裂隙發(fā)育,對(duì)回采有影響。

根據(jù)工作面上、下巷及切眼實(shí)際揭露情況,采取25個(gè)煤層厚度點(diǎn),煤層總厚度1.051.90m,平均厚度1.66m;煤層有益厚度1.051.80m,平均1.57m。煤層變異系數(shù)為15.2%,可采性指數(shù)為1,本面煤11屬于穩(wěn)定煤層。煤層中部含鋁質(zhì)泥巖夾矸1~2層,厚度0.070.15m,平均0.09m,厚度穩(wěn)定。煤層結(jié)構(gòu)為寬條帶狀,煤巖組分以亮煤為主,暗煤次之,屬半亮型煤。煤層內(nèi)含透鏡狀黃鐵礦結(jié)核。

2、選題提出的背景

    因工作面受斷層構(gòu)造影響及工作面初采時(shí)傾斜寬92.3m,最長(zhǎng)時(shí)達(dá)到166.8m,需隨推采隨延長(zhǎng)溜尾支架。延支架前工作面溜尾處頂板破碎難維護(hù)。

3、解決問(wèn)題的方法:

采用水力膨脹式錨桿對(duì)工作面頂板裂隙發(fā)育,煤壁片幫嚴(yán)重溜尾延支架處維護(hù)。

3.1、水力膨脹錨桿技術(shù)數(shù)據(jù):

1、水力膨脹式管子錨桿的規(guī)格及組成:錨桿為Φ30×2000mm,水力膨脹式管子錨桿是一種外徑等于鉆孔直徑,雙層異形狀桿件和端套、擋圈、注水嘴、托盤(pán)等配套組成,其技術(shù)性能規(guī)定見(jiàn)下表:

性能

要求

材質(zhì)

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,鋼號(hào)10

壁厚

2mm

桿體直徑

Φ30mm

初錨力

50kN/m

破斷力

≥91KN

有效長(zhǎng)度

2.0m

直線度公差

2mm/m

托盤(pán)

尺寸

125×125mm

厚度

4mm

孔徑

Φ34 mm

鉆孔直徑

Φ43mm、Φ35mm

水壓

(15 -20)MPa

2、水力膨脹式管子錨桿的作用原理:將錨桿裝入事先鉆好的孔中,并注入高壓水,當(dāng)水壓超過(guò)鋼管材料的屈服極限時(shí),錨桿產(chǎn)生膨脹變形,使其牢牢地鑲嵌在煤巖孔中,產(chǎn)生極大的摩擦力,對(duì)煤巖產(chǎn)生強(qiáng)大的擠壓加固作用而形成擠壓受力圈。同時(shí)在其膨脹過(guò)程中因其直徑由小變大,錨桿沿縱向有一定的收縮量,使托盤(pán)緊緊地壓在煤巖表面產(chǎn)生向上的托錨力,從而起到錨固頂板,防止片幫的作用。

4、施工工藝:

4.1、打眼角度選擇及錨桿的布置:

1、在支架頂梁前端與煤壁之間的端面距(340mm)內(nèi)打眼,為確保錨桿的逮頂支護(hù)效果及控頂長(zhǎng)度,錨桿底部必須打入頂板巖層直接頂內(nèi)。

2、施工期間根據(jù)地質(zhì)資料、頂板狀態(tài)及支護(hù)要求適當(dāng)調(diào)整打眼角度,確定最佳打眼角度。單排打眼循環(huán)推進(jìn)三茬(每循環(huán)0.6m)后,頂板仍在錨桿走向控制長(zhǎng)度范圍內(nèi),走向打眼排數(shù)2排,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜處打4排。

3、采取以下兩種角度打眼:一是仰角24°打眼,穿入頂板0.8m,走向控頂長(zhǎng)度1.8m;二是仰角37°打眼,穿入頂板1.2m,走向控頂長(zhǎng)度1.6m。

4、固幫時(shí)打眼角度選擇及錨桿的布置:

(1)在支架前梁下方200mm,仰角15°處布孔(幫體凹凸不平時(shí)適當(dāng)調(diào)整角度,確保錨桿底部穿入頂板,起到固幫的作用),孔底打在頂板巖層內(nèi)0.5m。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件影響確定打眼區(qū)域,超前打一排錨桿,起到預(yù)防及有利于進(jìn)一步處理的作用。斷層處頂幫有輕度裂隙,但整體完好時(shí),采取打單排眼固頂方法(孔間距1.2m)。頂板破碎有小塊矸渣掉落,在拉超前架護(hù)頂?shù)耐瑫r(shí),加密錨桿布置,孔間距0.5m。

(3)斷層頂板破碎處,大塊矸石掉落,支架前梁上方有空隙不接頂時(shí),除執(zhí)行本面規(guī)程與過(guò)斷層措施穿頂程序外,在清理機(jī)道拉移超前架時(shí),支架前梁將外露的預(yù)置錨桿挑起使其搭置于支架之上,托起上方木垛在工作面煤層頂板處形成一個(gè)假頂,有效維護(hù)頂板。

5、工作面煤壁或頂板上打眼完畢后,插入水力膨脹式錨桿,并將注液器套在錨桿嘴上,用注液器經(jīng)錨桿的注液嘴注入壓力液(使用支架液壓系統(tǒng)的乳化液),經(jīng)操作閥、高壓膠管、注液器注入錨桿內(nèi)腔加壓至15-20MPa(注液前安排機(jī)電工在泵站調(diào)壓至20 MPa,施工完后調(diào)回正常使用壓力),注水20s左右使錨桿桿體膨脹,擠緊鉆孔孔壁。

4.2、安全技術(shù)措施

1、打眼工具及方式:

根據(jù)巖石性質(zhì)采用風(fēng)煤鉆配直徑22mm中空六角鋼釬及直徑43mm鉆頭;風(fēng)鉆配直徑22mm中空六角鋼釬及直徑35mm鉆頭濕式打眼,鉆孔施工要堅(jiān)持定人、定鉆、定眼、定位、定責(zé)。打眼時(shí)要做到有一人負(fù)責(zé)觀察頂板及煤幫,監(jiān)護(hù)安全,發(fā)現(xiàn)安全隱患,及時(shí)停止工作進(jìn)行處理,確保施工安全

2、打錨桿眼:

(1)施工前必須提前接好風(fēng)管,并由專(zhuān)人檢查風(fēng)管之間的連接情況,發(fā)現(xiàn)連接不牢必須重新連接,連接風(fēng)管前,必須將上一級(jí)截門(mén)關(guān)嚴(yán),確認(rèn)余風(fēng)放凈后方可接設(shè),風(fēng)管兩端必須用專(zhuān)用卡子卡牢,以防脫扣傷人或發(fā)生其它意外事故。風(fēng)管接好后,必須由施工負(fù)責(zé)人檢查連接牢固情況,確認(rèn)無(wú)誤后方可開(kāi)截門(mén),開(kāi)截門(mén)時(shí)必須緩慢開(kāi)啟,嚴(yán)禁迅速敞開(kāi),風(fēng)管接頭附近嚴(yán)禁有人,開(kāi)風(fēng)截門(mén)時(shí)人員要處在風(fēng)管的后方,嚴(yán)禁正對(duì)供風(fēng)管截門(mén)。

(2)采用風(fēng)鉆(風(fēng)煤鉆)濕式打眼,二至三人配合,嚴(yán)格按《煤礦安全技術(shù)操作規(guī)程》中“打眼工”部分的規(guī)定操作。打眼前要先敲幫問(wèn)頂,仔細(xì)檢查頂幫圍巖情況,摘掉危巖懸矸,一次只準(zhǔn)收回一頁(yè)護(hù)幫板,打完錨桿伸出本頁(yè)護(hù)幫板后方可收回下一頁(yè)護(hù)幫板。進(jìn)入機(jī)道打錨桿必須在有效支護(hù)下進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定錨桿眼位置,錨桿眼深度應(yīng)與錨桿長(zhǎng)度相匹配(眼深略長(zhǎng)于鉆桿長(zhǎng)度)。

3、安裝錨桿:

(1)安裝錨桿前將錨桿眼吹干凈,施工過(guò)程中操作人員站在孔口一側(cè),眼孔方向不得有人。施工前將煤巖面找平,使托盤(pán)密貼煤巖硬層面。安裝錨桿時(shí),用風(fēng)鉆(風(fēng)煤鉆)卡住套筒,開(kāi)動(dòng)風(fēng)鉆(風(fēng)煤鉆),開(kāi)始時(shí)緩慢開(kāi)啟風(fēng)截門(mén),錨桿進(jìn)入孔內(nèi)500mm后將風(fēng)截門(mén)全部開(kāi)啟;在推進(jìn)錨桿過(guò)程中,要始終保持錨孔和錨桿呈直線,直到托盤(pán)貼緊煤巖面為止。

(2)在工作面安裝使用時(shí),錨桿輕拿輕放,以避免將末端注水嘴碰壞。使用支架操作閥組上的備用閥注液,注液閥選在注液點(diǎn)上方的支架,人員注液時(shí)避開(kāi)正對(duì)錨桿的方向,在上方遠(yuǎn)距離操作。錨桿注液完畢,不能立即拆解注液頭,支架操作閥回零,打上限位器,錨桿內(nèi)壓穩(wěn)定后方可拆解。

(3)施工過(guò)程中提前檢查高壓膠管是否完好,嚴(yán)禁使用破損管子,嚴(yán)禁帶壓拆解風(fēng)管;必須在無(wú)壓狀態(tài)下進(jìn)行。風(fēng)水高壓膠管連接必須使用標(biāo)準(zhǔn)”U”型卡,并插接到位。 

(4)工作面上下端頭及工作面機(jī)道內(nèi)頂板漏矸、煤壁片幫嚴(yán)重時(shí),可用水力膨脹錨桿配合金屬菱形網(wǎng),錨桿注液、升壓、壓網(wǎng)護(hù)頂。

4、進(jìn)機(jī)道安全措施

(1)、首先施工區(qū)域排查處理隱患,斷層頂板破碎處由班組長(zhǎng)、工區(qū)管理人員重點(diǎn)盯崗,安排有經(jīng)驗(yàn)的人員施工。

(2)、進(jìn)機(jī)道施工前必須先敲幫問(wèn)頂,摘除危巖懸矸;坡度超過(guò)25°時(shí),在施工地點(diǎn)上方3-5m處設(shè)置遮擋體擋矸,用雙抗網(wǎng)(擋矸網(wǎng))封閉機(jī)道,擋矸網(wǎng)上部與支架頂梁連接牢固,下部連接在橫放在溜槽上沿的方木上(面溜子開(kāi)關(guān)必須停電閉鎖,并按專(zhuān)人看管,開(kāi)動(dòng)面溜子前提前將擋矸網(wǎng)解除),煤壁側(cè)用支架護(hù)幫板配合半圓木將雙抗網(wǎng)擠在煤壁上,另一側(cè)與人行道側(cè)防飛矸網(wǎng)連接牢固;打眼前須將打眼范圍內(nèi)的支架護(hù)幫板打開(kāi),使其緊靠煤壁,每次打眼只準(zhǔn)收回一架護(hù)幫板。

(3)、空頂、空幫范圍內(nèi),用鄰架頂梁及護(hù)幫板擠半圓木腰幫支護(hù)好,具體要求:一人在溜子外側(cè)操作支架操縱閥,另一人站在所操作支架上方安全地點(diǎn),二人密切配合,集中精力,護(hù)幫過(guò)程中,外側(cè)人員先把護(hù)幫板緩慢打開(kāi),里側(cè)人員將半圓木豎放在煤幫,人員撤至安全地點(diǎn)后,用護(hù)幫板頂住半圓木,及時(shí)將操縱閥手把打至零位,關(guān)閉限位器。

(4)、當(dāng)機(jī)道片幫嚴(yán)重、端面距超340mm、造成空頂面積大時(shí),先拉超前架,再用護(hù)幫板護(hù)幫;若拉超前架后,護(hù)幫板不能有效頂牢煤壁、端面仍空頂面積大,為加強(qiáng)機(jī)道頂板管理,拉超前架后,人員進(jìn)機(jī)道作業(yè)須支設(shè)貼幫柱,維護(hù)好頂幫后方可進(jìn)行施工,貼幫柱、臨時(shí)柱柱距1.2m,必須戴柱帽并按要求支設(shè)在硬底上(柱帽為長(zhǎng)度不低于1m的半圓木),軟底處穿Ф300mm鐵鞋,初撐力不低于50KN,并拴好防倒繩(鉤)。支貼幫柱、臨時(shí)柱時(shí),三人一組,互相配合,停機(jī)停溜進(jìn)行,施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)來(lái)壓等異?,F(xiàn)象時(shí),要及時(shí)撤出機(jī)道,待壓力穩(wěn)定后再進(jìn)行作業(yè),回撤貼幫柱、臨時(shí)柱時(shí),停機(jī)停溜進(jìn)行,人員必須站在支柱的斜上方人行道內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作,貼幫柱活柱降下后,觀察頂板及煤壁情況,待頂板穩(wěn)定后方可用長(zhǎng)鉤(>1.5m)將支柱拉出;收貼幫柱、臨時(shí)柱時(shí)要緩慢均勻卸荷,一人卸柱,一人拉柱,另一人負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù),發(fā)現(xiàn)頂板有下沉冒落危險(xiǎn)時(shí),立即停止卸柱,撤到安全地點(diǎn),待壓力穩(wěn)定確認(rèn)安全后再卸柱。人員需進(jìn)入煤壁與溜子里沿之間打頂板錨桿時(shí),頂板與幫體需鋪金屬菱形網(wǎng)(鋪網(wǎng)范圍必須覆蓋施工人員活動(dòng)范圍),支設(shè)臨時(shí)支護(hù),首先將打眼位置的兩側(cè)支架護(hù)幫板打好,支架確保初撐力,然后在兩側(cè)貼幫使用兩棵單體液壓支柱頂網(wǎng)來(lái)護(hù)幫護(hù)頂,柱距0.5m,必須戴柱帽并按要求支設(shè)在硬底上(柱帽為長(zhǎng)度不低于0.2m的半圓木),操作時(shí)鉆桿穿過(guò)菱形網(wǎng)眼打眼,人員在有效支護(hù)下施工,完成打眼安裝錨桿后方可回柱,期間嚴(yán)禁有人員在上下20m范圍內(nèi)平行作業(yè)。施工期間,施工上方嚴(yán)禁有人在機(jī)道施工、調(diào)支架,支架護(hù)幫板打開(kāi)靠緊煤壁,操作手把回零,閉鎖限位器,并把此處支架的進(jìn)、回液截止閥關(guān)閉,派人在溜子外監(jiān)護(hù),并將面溜子開(kāi)關(guān)停電、閉鎖、掛牌,派專(zhuān)人看管開(kāi)關(guān)。 

5、結(jié)論

1、水力膨脹式錨桿在華恒公司十一層綜采工作面的應(yīng)用是成功的,對(duì)裂隙發(fā)育頂板及端頭頂板控制起到了有效的支護(hù)作用,在過(guò)斷層及延支架期間杜絕了頂板事故發(fā)生。

2、通過(guò)水力膨脹式錨桿的成功應(yīng)用,對(duì)今后工作面頂板控制提供了又一有利方法和依據(jù)。

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