基于锚杆支护的煤矿掘进工艺探究

2021-01-22夏立东

山西冶金 2020年6期

夏立东

（同煤集团晋华宫矿普掘四队，山西大同037000）

在矿井开采中，常常需要大量的巷道，影响巷道掘进的关键因素是巷道的支护技术。目前我国矿井开采中大多要使用锚杆支护技术，对巷道围岩的控制也要使用锚杆支护，从效益上看，锚杆支护已经取得了一定的经济效益。但随着开采深度的增加，煤层地质环境恶化使得锚杆支护得难度有所增加，加上工人的技术不专业，设备不先进，都使得锚杆支护的效率低，效果不明显，不能满足现代化矿井高效高产的要求[1]。因此，要提升工人的专业技能，掌握构造区、破碎区、等复杂地质区域的锚杆支护技术，提高工作效率，实现对巷道的高效掘进。

1 锚杆支护的依据及要求

1.1 设计依据

综合考虑掘进巷道的实际地质情况，根据巷道断面形状、大小、煤层状况等设计具体的巷道支护方案，对于小规模的矿井，巷道断面小，支护设计简单，大规模的矿井，由于工程量及工作人员都较多，辅助的运输、排水以及通风等巷道也比较多，巷道断面大，支护设计较复杂，要同时考虑多种因素，设计适合矿井安全生产的巷道，根据巷道的大小来选择对应的锚杆支护技术。

1.2 技术要求

施工前的准备。在施工前，要先敲帮问顶，将顶板、巷帮以及迎头处的碎石都去除干净，不能在空顶处进行支护，巷道底角的锚杆可以适当滞后3排，顶板以及巷帮的锚杆必须紧跟迎头安装。

确定锚杆孔的孔位。在对巷道进行锚杆支护时，要先根据设计方案确定锚杆孔的位置，并钻好锚杆孔，以确保锚杆支护的正常进行，避免因为随意钻孔而出现的孔位不正确、锚杆无法正常安装等现象，避免由于不正确操作而出现的费时费力、成本增加等问题，在进行钻孔时，要按照所设计的方案准确控制锚杆孔的深度，将误差控制在适当的范围内，确保在施工中锚杆孔能发挥最大作用[2]。

合理控制相关参数。锚杆的支护材料、参数以及工艺要按照设计方案的要求，及时检测锚杆质量，如果材料质量不合格坚决不能使用，已经使用的要重新进行安装，没有达到设计扭矩的锚杆要在其周围400 mm进行补打。

符合相关规定作业。确保施工场地有安全的作业环境，在施工过程中要按照规定放置安全作业吊牌，并配有照明设施，防止有人进入施工现场而出现安全事故，影响作业进程。在进入施工现场时要身穿工作衣，正确佩戴安全帽，安装通风设备及时通风，熟悉逃生路线，在遇到危险时能从逃生通道逃出。重视施工过程中的施工技术，对特殊环境使用特定的支护技术，如果煤层的地质条件比较复杂，使用锚索锚固、全长锚固和加密锚杆相结合的技术，加强对巷道的支护力度，并定期检查支护效果，对有锚杆松动的要及时补救，避免发生安全事故，确保锚杆支护的稳定性和安全性，增加巷道支护的强度。

2 锚杆支护的方案及工艺

2.1 支护方案

采用动态设计的锚杆支护方案，充分利用每个过程中的已知信息，对信息进行实时收集、分析与反馈，根据数值模拟结果得到锚杆支护长度以及间排距的最佳值，确保锚杆的强度大于最大值，根据现场支护经验，采用高预应力和强力锚杆相结合的方式对巷道进行支护，配套高强度的拱形托板、螺母和减磨垫片，以及有较高的强度、刚度、护表面积的钢带和钢筋网。

2.2 支护工艺

进行锚杆支护就是要合理控制巷道的变形量，与被动承压支护方式不同，锚杆支护是根据巷道围岩的自稳定性结构对巷道的变形量进行控制，是一种主动支护[3]。采用高预应力和高强力锚杆组合支护，锚杆采用Φ22 mm、长2.4 m的左旋无纵筋螺纹钢，在锚杆的端部采用快速固化的锚固剂，在后部采用慢速固化的锚固剂，锚杆与巷道表面垂直，两根锚杆之间的排距为900 mm，间距为850 mm，每排布置7根锚杆，每帮布置2根锚杆，锚杆的预紧力矩为400 N·m，巷道锚杆支护的布置图如图1所示。

图1 巷道锚杆支护布置图（mm）

通过使用锚杆支护工艺，节省了施工时间，提高了巷道掘进速度，降低了锚杆支护的时间，减少了巷道的空顶时间，防止因巷道顶板岩层破碎而出现的下沉。锚杆支护的施工工艺顺序如图2所示。

图2 锚杆支护施工流程

3 锚杆支护的应用及效果

某煤矿由于矿井煤层的顶底板岩层胶结性差，岩体的强度较低，容易破碎、风华和崩解，在进行巷道支护时比较困难，而且经常要进行返修，影响正常的回采工作，也给生产带来很大的安全问题[4]。将锚杆支护技术应用在该煤矿中，在掘进期间，测得回采巷道的表面位移曲线如图3所示。

图3 巷道表面位移曲线

从图3中可以看出，在距离掘进工作面35 m后，巷道表面的位移趋于稳定，两帮的位移量约81 mm，顶底板的位移量约279 mm，顶板约41 mm的下沉量，底板约238 mm的包臌量，占顶底板移近量的84.7%，在使用锚杆支护后，可以看出受力情况逐渐变小，随着掘进深度的增加，在距离工作面19 m后，锚杆的受力增大，到119 m后锚杆的受力趋于稳定，在整个过程中，高预应力和强力锚杆的受力变化幅度较小，基本都在5 kN左右。可见，在采用高预应力和强力锚杆支护后，巷道的围岩总体变形量很小，基本处于稳定状态，能满足安全掘进的要求。