煤巷锚杆支护在义煤矿区的应用

2015-09-09 83 0

   [摘要]在煤矿开采过程中,随着巷道埋深的增加,地质环境日趋复杂,这无疑对巷道的稳定性带来了威胁,而应运而生的锚杆支护技术经过长期的发展和创新,为控制巷道变形和破坏,实现安全作业,提高开采效益带来了新的契机。本文以位于豫、陕、晋三省交界处的义煤矿区为例,阐述了煤巷锚杆支护内涵,并就其在义煤矿区的应用进行了分析。
 
  继棚式支护形式之后,煤巷锚杆支护技术得以迅速发展,其凭借自身支护效果好、用工少、成本低、利于改善作业环境、实现安全生产的诸多优势,成为当下煤巷支护的主流形式,而有着五十余年发展历程的义煤矿区也不例外,其立足于自身实际,合理利用锚杆支护技术,促使采煤工作安全、快速开展,创造了巨大了经济效益和社会效益。
 
  一、煤巷锚杆支护内涵
 
  煤巷锚杆支护技术最显著的特征就是主动性,其通常是在充分发挥煤巷围岩自身承载结构作用的基础上,与其组成锚固体,以此形成统一、整体的承载结构,用于提高围岩强度,限制巷道破坏程度和范围。
 
  煤巷锚杆支护参数和形式的确定应注意下述几点事项:一是最好通过一次支护达到围岩变形的控制效果;二是要适当增大锚杆的预应力,并借助钢带、托板等设置增强锚固体的完整性与刚度;三是尽量在保证锚杆刚度、强度以及系统可靠的基础上,减少锚杆数量和支护密度,用于加快掘进速度;此外还应注意锚杆构件之间应相互匹配,临界支护强度、刚度确定应合理,综合成本要经济等,以此实现锚杆支护技术先进、效果明显、经济合理。
 
  二、煤巷锚杆支护在义煤矿区的应用
 
  针对义煤矿区中水文情况复杂,属于“三软两高”的煤巷,因先前实施的被动式棚式支护方案,不仅围岩加固效果不理想,也影响巷道掘进速度,其维护频率和成本也相对较大,可见其可行性较差。而合理的锚杆支护方案有着传统支护方式不可比拟的优势,在“三软两高”这种典型煤巷中成效更为显著,在此就其锚杆支护技术的应用进行分析。
 
  首先是选择锚杆形式,当下钢锚杆是矿区煤巷锚杆支护的主要形式,尤其是经优质钢材制作的左旋螺纹钢锚杆,相对而言,其强度高于一般杆体的3-4倍,甚至能够达到超高强度的等级标准,在高应力煤巷支护中效果更为显著,而且因其表面自带纹理,可有效粘结锚固剂和锚杆,利于提高巷道围岩的刚度和强度,以及使用寿命。同时锚固方式的选择也不容忽视,若以长度为划分依据,锚固可被分为端锚固、全长锚固和加长锚固。虽然其各有各的优劣,但相比之下树脂锚固方式的锚固力较大,不仅便于施工,而且稳定可靠,因此可合理采用该种方式。
 
  其次是计算锚固参数,在该环节,需要科学、合理的计算锚杆长度,以此保证锚杆支护效果良好,通常会利用冒落拱高度、加固理论等方法加以计算。前者是以公式L=H1+Lb+0.5计算的,H1表示为1/f1[B/2+H·tg(45-Φ1/2)0],其中H为煤巷高度,B为煤巷宽度,Φ1为煤巷帮体内部的摩擦角,f1代表顶岩硬度系数;后者是以公式L=Lb+Lm表示的,Lm又是以N·(1.1+B/10)计算的,其中N为围岩稳定性能影响系数,取值范围通常处于1.0-1.2之间,B为煤巷宽度。在获取可靠的锚杆长度时,只需将相关数值带入公式即可。
 
  再者是确定施工方案,此时应遵循煤巷锚杆支护技术原则,立足于巷道实际情况,结合行人、通风等安全需要,根据上述计算结果,确定锚杆的长度、刚度、强度(包括相应的临界值)、数量、密度等,对其所施加的预应力值,锚索、螺母、钢带、托板等构件的力学性能,以及其型号、直径、间距等具体参数,并预留适当的断面,用于满足对巷道围岩变形的控制要求。
 
  最后是强化施工控制,在具体实践中,除了严格检查支护材料、材质、规格、强度、结构等外,应注意在巷道中每前进30-50m必须对锚杆进行拉拔力试验,并如实记录,为防止巷道两帮围岩向中心移动,以此降低桁拉杆的预紧力,应对螺母的松紧程度进行检查,确保其均处于拧紧状态等。经规范施工后,在预紧力方面,锚索为8-10t之间,顶锚杆应为150kN,帮锚杆为100kN,且将锚杆间距误差控制在50㎜以内,其外长处于20-50㎜之间。此外还应密切关注煤巷顶帮的情况,以此实现质量达标,安全施工。
 
  该矿区在完成煤巷锚杆支护施工后,不仅提高了作业效率,保证了作业安全,也缓解了作业人员的劳动强度,节约了巷道维护成本,综合效益明显提高。
 
  结束语
 
  总之,锚杆支护凭借其增强煤巷稳定性,加快巷道掘进速度,降低费用成本,改善作业环境,增加矿业收益等优越性在义煤矿区中得以广泛应用,但我们应遵循支护原则,立足煤巷实际,选择最优方案,规范施工,以此最大限度的发挥锚杆支护效用,促进煤矿作业安全、高效进行。

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