綜采工作麵破碎頂板應用水力膨脹式錨杆維護頂板工藝探索與研究

綜采工作麵破碎頂板應用水力膨脹式錨杆維護頂板工藝探索與研究

摘要主要探討了水力膨脹式錨杆在維護綜采工作麵破碎頂板期間在華恒礦十一層綜采工作麵的成功應用，並對其技術特征、工作麵地質條件、工藝參數優化進行了深入03manbetx 與介紹。

關鍵詞：綜采工作麵 水力膨脹式錨杆 維護 頂板

1、工作麵概況

本麵為-650m水平三采區31101東麵。工作麵南鄰11115東采空區，東鄰F8-2斷層，西鄰三采軌道下山。采後對-650m三采軌道下山、運煤下山有輕微影響。

工作麵走向長904.7～904.1m，平均904.4m；傾斜寬92.3～166.8m，平均124.5m，麵積為145655m2。工作麵標高-586.8～-670.6m。

本麵地表投影位置地麵標高為197.9～205.3m。工作麵距地表平均垂深830.3m。

煤層整體為傾向北東的單斜構造。工作麵煤層走向108°～126°，傾向18°～36°，傾角8°～18°，平均13°。煤層產狀變化較大，無明顯次一級褶曲。

工作麵掘進過程中共揭露斷層44條，落差大於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，煤層厚度及產狀有大小不一的變化，頂板裂隙發育，對回采有影響。

根據工作麵上、下巷及切眼實際揭露情況，采取25個煤層厚度點，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。煤層變異係數為15.2%，可采性指數為1，本麵煤11屬於穩定煤層。煤層中部含鋁質泥岩夾矸1～2層，厚度0.07～0.15m，平均0.09m，厚度穩定。煤層結構為寬條帶狀，煤岩組分以亮煤為主，暗煤次之，屬半亮型煤。煤層內含透鏡狀黃鐵礦結核。

2、選題提出的背景

因工作麵受斷層構造影響及工作麵初采時傾斜寬92.3m，最長時達到166.8m,需隨推采隨延長溜尾支架。延支架前工作麵溜尾處頂板破碎難維護。

3、解決問題的方法：

采用水力膨脹式錨杆對工作麵頂板裂隙發育，煤壁片幫嚴重溜尾延支架處維護。

3.1、水力膨脹錨杆技術數據：

1、水力膨脹式管子錨杆的規格及組成：錨杆為Φ30×2000mm，水力膨脹式管子錨杆是一種外徑等於鑽孔直徑，雙層異形狀杆件和端套、擋圈、注水嘴、托盤等配套組成，其技術性能規定見下表：

性能	要求
杆 體	材質	優質碳素結構鋼，鋼號10
	壁厚	2mm
	杆體直徑	Φ30mm
	初錨力	50kN/m
	破斷力	≥91KN
	有效長度	2.0m
	直線度公差	2mm/m
托盤	尺寸	125×125mm
	厚度	4mm
	孔徑	Φ34 mm
鑽孔直徑	Φ43mm、Φ35mm
水壓	（15 -20）MPa

2、水力膨脹式管子錨杆的作用原理：將錨杆裝入事先鑽好的孔中，並注入高壓水，當水壓超過鋼管材料的屈服極限時，錨杆產生膨脹變形，使其牢牢地鑲嵌在煤岩孔中，產生極大的摩擦力，對煤岩產生強大的擠壓加固作用而形成擠壓受力圈。同時在其膨脹過程中因其直徑由小變大，錨杆沿縱向有一定的收縮量，使托盤緊緊地壓在煤岩表麵產生向上的托錨力，從而起到錨固頂板，防止片幫的作用。

4、施工工藝：

4.1、打眼角度選擇及錨杆的布置：

1、在支架頂梁前端與煤壁之間的端麵距（340mm）內打眼，為確保錨杆的逮頂支護效果及控頂長度，錨杆底部必須打入頂板岩層直接頂內。

2、施工期間根據地質資料、頂板狀態及支護要求適當調整打眼角度，確定最佳打眼角度。單排打眼循環推進三茬（每循環0.6m）後，頂板仍在錨杆走向控製長度範圍內，走向打眼排數2排，地質構造複雜處打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，走向控頂長度1.8m；二是仰角37°打眼，穿入頂板1.2m，走向控頂長度1.6m。

4、固幫時打眼角度選擇及錨杆的布置：

（1）在支架前梁下方200mm，仰角15°處布孔(幫體凹凸不平時適當調整角度，確保錨杆底部穿入頂板，起到固幫的作用)，孔底打在頂板岩層內0.5m。

（2）根據現場條件影響確定打眼區域，超前打一排錨杆，起到預防及有利於進一步處理的作用。斷層處頂幫有輕度裂隙，但整體完好時，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，在拉超前架護頂的同時，加密錨杆布置，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，除執行本麵01manbetx 與過斷層措施穿頂程序外，在清理機道拉移超前架時，支架前梁將外露的預置錨杆挑起使其搭置於支架之上，托起上方木垛在工作麵煤層頂板處形成一個假頂，有效維護頂板。

5、工作麵煤壁或頂板上打眼完畢後，插入水力膨脹式錨杆，並將注液器套在錨杆嘴上，用注液器經錨杆的注液嘴注入壓力液（使用支架液壓係統的乳化液），經操作閥、高壓膠管、注液器注入錨杆內腔加壓至15-20MPa（注液前安排機電工在泵站調壓至20 MPa，施工完後調回正常使用壓力），注水20s左右使錨杆杆體膨脹，擠緊鑽孔孔壁。

4.2、安全技術措施：

1、打眼工具及方式：

根據岩石性質采用風煤鑽配直徑22mm中空六角鋼釺及直徑43mm鑽頭；風鑽配直徑22mm中空六角鋼釺及直徑35mm鑽頭濕式打眼，鑽孔施工要堅持定人、定鑽、定眼、定位、定責。打眼時要做到有一人負責觀察頂板及煤幫，監護安全，發現安全隱患，及時停止工作進行處理，確保施工安全。

2、打錨杆眼：

（1）施工前必須提前接好風管，並由專人檢查風管之間的連接情況，發現連接不牢必須重新連接，連接風管前，必須將上一級截門關嚴，確認餘風放淨後方可接設，風管兩端必須用專用卡子卡牢，以防脫扣傷人或發生其它意外02manbetx.com 。風管接好後，必須由施工負責人檢查連接牢固情況，確認無誤後方可開截門，開截門時必須緩慢開啟，嚴禁迅速敞開，風管接頭附近嚴禁有人，開風截門時人員要處在風管的後方，嚴禁正對供風管截門。

（2）采用風鑽（風煤鑽）濕式打眼，二至三人配合，嚴格按《煤礦安全技術01manbetx 01manbetx 》中“打眼工”部分的規定操作。打眼前要先敲幫問頂，仔細檢查頂幫圍岩情況，摘掉危岩懸矸，一次隻準收回一頁護幫板，打完錨杆伸出本頁護幫板後方可收回下一頁護幫板。進入機道打錨杆必須在有效支護下進行。根據現場情況確定錨杆眼位置，錨杆眼深度應與錨杆長度相匹配(眼深略長於鑽杆長度)。

3、安裝錨杆：

（1）安裝錨杆前將錨杆眼吹幹淨，施工過程中操作人員站在孔口一側，眼孔方向不得有人。施工前將煤岩麵找平，使托盤密貼煤岩硬層麵。安裝錨杆時，用風鑽（風煤鑽）卡住套筒，開動風鑽（風煤鑽），開始時緩慢開啟風截門，錨杆進入孔內500mm後將風截門全部開啟；在推進錨杆過程中，要始終保持錨孔和錨杆呈直線，直到托盤貼緊煤岩麵為止。

（2）在工作麵安裝使用時，錨杆輕拿輕放，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，注液閥選在注液點上方的支架，人員注液時避開正對錨杆的方向，在上方遠距離操作。錨杆注液完畢，不能立即拆解注液頭，支架操作閥回零，打上限位器，錨杆內壓穩定後方可拆解。

（3）施工過程中提前檢查高壓膠管是否完好，嚴禁使用破損管子，嚴禁帶壓拆解風管；必須在無壓狀態下進行。風水高壓膠管連接必須使用標準”U”型卡，並插接到位。

（4）工作麵上下端頭及工作麵機道內頂板漏矸、煤壁片幫嚴重時，可用水力膨脹錨杆配合金屬菱形網，錨杆注液、升壓、壓網護頂。

4、進機道安全措施：

（1）、首先施工區域排查處理隱患，斷層頂板破碎處由班組長、工區管理人員重點盯崗，安排有經驗的人員施工。

（2）、進機道施工前必須先敲幫問頂，摘除危岩懸矸；坡度超過25°時，在施工地點上方3－5m處設置遮擋體擋矸，用雙抗網（擋矸網）封閉機道，擋矸網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（麵溜子開關必須停電閉鎖，並按專人看管，開動麵溜子前提前將擋矸網解除），煤壁側用支架護幫板配合半圓木將雙抗網擠在煤壁上，另一側與人行道側防飛矸網連接牢固；打眼前須將打眼範圍內的支架護幫板打開，使其緊靠煤壁，每次打眼隻準收回一架護幫板。

（3）、空頂、空幫範圍內，用鄰架頂梁及護幫板擠半圓木腰幫支護好，具體要求：一人在溜子外側操作支架操縱閥，另一人站在所操作支架上方安全地點，二人密切配合，集中精力，護幫過程中，外側人員先把護幫板緩慢打開，裏側人員將半圓木豎放在煤幫，人員撤至安全地點後，用護幫板頂住半圓木，及時將操縱閥手把打至零位，關閉限位器。

（4）、當機道片幫嚴重、端麵距超340mm、造成空頂麵積大時，先拉超前架，再用護幫板護幫；若拉超前架後，護幫板不能有效頂牢煤壁、端麵仍空頂麵積大，為加強機道頂板管理，拉超前架後，人員進機道作業須支設貼幫柱，維護好頂幫後方可進行施工，貼幫柱、臨時柱柱距1.2m，必須戴柱帽並按要求支設在硬底上（柱帽為長度不低於1m的半圓木），軟底處穿Ф300mm鐵鞋，初撐力不低於50KN，並拴好防倒繩（鉤）。支貼幫柱、臨時柱時,三人一組，互相配合，停機停溜進行，施工過程中發現來壓等異常現象時，要及時撤出機道，待壓力穩定後再進行作業，回撤貼幫柱、臨時柱時，停機停溜進行，人員必須站在支柱的斜上方人行道內進行遠距離操作，貼幫柱活柱降下後，觀察頂板及煤壁情況，待頂板穩定後方可用長鉤（＞1.5m）將支柱拉出；收貼幫柱、臨時柱時要緩慢均勻卸荷，一人卸柱，一人拉柱，另一人負責監護，發現頂板有下沉冒落危險時，立即停止卸柱，撤到安全地點，待壓力穩定確認安全後再卸柱。人員需進入煤壁與溜子裏沿之間打頂板錨杆時，頂板與幫體需鋪金屬菱形網（鋪網範圍必須覆蓋施工人員活動範圍），支設臨時支護，首先將打眼位置的兩側支架護幫板打好，支架確保初撐力，然後在兩側貼幫使用兩棵單體液壓支柱頂網來護幫護頂，柱距0.5m，必須戴柱帽並按要求支設在硬底上（柱帽為長度不低於0.2m的半圓木），操作時鑽杆穿過菱形網眼打眼，人員在有效支護下施工，完成打眼安裝錨杆後方可回柱，期間嚴禁有人員在上下20m範圍內平行作業。施工期間，施工上方嚴禁有人在機道施工、調支架，支架護幫板打開靠緊煤壁，操作手把回零，閉鎖限位器，並把此處支架的進、回液截止閥關閉，派人在溜子外監護,並將麵溜子開關停電、閉鎖、掛牌，派專人看管開關。

5、結論

1、水力膨脹式錨杆在華恒公司十一層綜采工作麵的應用是成功的，對裂隙發育頂板及端頭頂板控製起到了有效的支護作用，在過斷層及延支架期間杜絕了頂板02manbetx.com 發生。

2、通過水力膨脹式錨杆的成功應用，對今後工作麵頂板控製提供了又一有利方法和依據。