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

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水平三采區(qū)31101東面。工作面南鄰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三采軌道下山、運(yùn)煤下山有輕微影響。

工作面走向長(zhǎng)904.7～904.1m，平均904.4m；傾斜寬92.3～166.8m，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197.9～205.3m。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)狀變化較大，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1.05～1.90m，平均厚度1.66m；煤層有益厚度1.05～1.80m，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0.07～0.15m，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
桿 體	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)。