徐州礦區(qū)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)介

1、 徐州礦區(qū)位于江蘇省徐州市銅山、沛縣境內(nèi)，有賈汪、閘河、九里山、豐沛四個(gè)含煤區(qū)。徐州礦務(wù)集團(tuán)公司本部現(xiàn)有8個(gè)生產(chǎn)礦，9對(duì)井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力771萬t，核定生產(chǎn)能力1040萬t，2008年實(shí)際生產(chǎn)原煤1560萬t，綜合進(jìn)尺完成14.2萬m。煤系地層可采煤層48層，煤層總厚510m，平均7m。其中石炭二疊系太原組（俗稱屯頭系），含有17、20、21層可采煤層，均為薄及極薄煤層，煤種為肥煤，低灰、高硫、低磷；17煤直接頂為砂質(zhì)頁巖，較破碎，20、21煤為石灰?guī)r，堅(jiān)硬、致密、完整。 石炭二疊系山西組（俗稱小湖系），含有7、9層可采煤層，為中厚厚煤層，煤種為氣煤，中灰、低硫、低磷；煤層的直接頂主要為砂巖或

2、砂質(zhì)頁巖；石炭二疊系下石盒子組（俗稱夏橋系），含有1、2、3層可采煤層，為中厚厚煤層(以礦區(qū)東部為主)，煤種為氣煤，中灰、低硫、低磷。直接頂主要為砂巖或砂質(zhì)頁巖。煤層為緩傾斜、傾斜煤層，煤層間距東部礦區(qū)大體為：3煤9煤130m；9煤20煤150m；20煤21煤30m； 西部礦區(qū)2煤7煤120m；7煤9煤30m；9煤20煤130m；20煤21煤30m；礦區(qū)內(nèi)煤層賦存狀況復(fù)雜，自然條件相對(duì)較差?！叭洝泵簩诱伎們?chǔ)量的33%，煤層傾角2545的煤層占總儲(chǔ)量的13.2%。大中型構(gòu)造1條km2，小斷層64條km2。加之煤炭資源緊缺，生產(chǎn)較集中，開采強(qiáng)度大，巷道受采動(dòng)影響問題突出，給巷道支護(hù)帶來很大困難。

3、 多年來，徐州礦區(qū)在煤巷支護(hù)改革方面雖經(jīng)歷了工字鋼梯形支架替代木支架， U型鋼拱形支架替代部分工字鋼梯形支架等過程，但未能徹底解決煤巷支護(hù)問題。在二十世紀(jì)70年代中期廣泛推廣應(yīng)用光爆錨噴支護(hù)的基礎(chǔ)上，開始了煤巷錨桿支護(hù)的試驗(yàn)研究。二十世紀(jì)7080年代，這一時(shí)期的煤巷錨桿支護(hù)進(jìn)尺相對(duì)較高。指導(dǎo)理論主要是懸吊理論，少量應(yīng)用組合梁理論。 煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)一直處于全國(guó)領(lǐng)先水平，曾受原煤炭部委托，派技術(shù)小組到邢臺(tái)礦務(wù)局等單位進(jìn)行煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)示范，期間先后有三十多個(gè)礦務(wù)局來徐州礦區(qū)參觀學(xué)習(xí)。二十世紀(jì)90年代初期由于發(fā)生了一起“不可抗拒”的冒頂事故，而當(dāng)時(shí)的煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)水平又不能完全解決某些技術(shù)難題

4、，因而發(fā)展較為緩慢，煤巷錨桿支護(hù)進(jìn)尺也有所下降。到1998年底，煤巷錨桿支護(hù)進(jìn)尺累計(jì)也只有 24.5萬m，錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)雖然由單體錨桿發(fā)展到錨網(wǎng)、錨網(wǎng)梁、錨網(wǎng)棚聯(lián)合支護(hù)等多種形式，但沒有從根本上改變錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)、提高技術(shù)含量。因而，也始終沒有達(dá)到擴(kuò)大應(yīng)用范圍的目的。 1999年前的徐州礦區(qū)煤巷錨桿支護(hù)主要存在著以下諸多問題: （1）錨桿及其配件的結(jié)構(gòu)性能差，不能實(shí)現(xiàn)快速安裝。 （2）錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)不盡合理，整體強(qiáng)度低。 （3）對(duì)煤巷錨桿支護(hù)的施工工藝研究不夠深入。 （4）錨桿施工機(jī)具有待進(jìn)一步完善。 （5）錨桿支護(hù)材料加工不規(guī)范。 （6）對(duì)松散破碎復(fù)合頂板巷道、“三軟”煤層巷道和全煤巷道等復(fù)雜地質(zhì)

5、條件下的錨桿支護(hù)作用機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，從而造成對(duì)其設(shè)計(jì)的不合理。 （7） 煤巷錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系不完善 （8） 缺乏適合本礦區(qū)的煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范 通過對(duì)煤巷錨桿支護(hù)新技術(shù)的研究，提出了適合于徐州礦區(qū)的錨桿支護(hù)理論和圍巖分類原則，研究出了徐州礦區(qū)樹脂錨桿支護(hù)三徑匹配原則。雖然表面看上去錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有發(fā)生多大變化，仍然是單一錨桿、錨桿鋼帶梁、錨桿網(wǎng)、錨桿鋼帶梁網(wǎng)或錨梁網(wǎng)錨索等方式，但其實(shí)質(zhì)已發(fā)生了很大的變化：錨桿是課題組研制的、國(guó)內(nèi)先進(jìn)的、性能優(yōu)越的左旋無縱筋變截面螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，托板是強(qiáng)度匹配的碟形托板，螺母是課題組研制的快速安裝防松加厚螺母，網(wǎng)是高質(zhì)量的菱形金屬網(wǎng)。 同時(shí)，錨桿支護(hù)中的

6、打眼、安裝機(jī)具也有了全新的改變，應(yīng)用了性能優(yōu)越的大功率錨桿機(jī)、7655改進(jìn)形鑿巖機(jī)、風(fēng)煤鉆、氣扳機(jī)（風(fēng)炮）。 這一全新的錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)和裝備使煤巷錨桿支護(hù)的工藝有了較大的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了從打眼到安裝全部機(jī)械化，并實(shí)現(xiàn)了快速安裝，提高了錨桿的初錨力、錨固力和可靠程度，也提高了巷道單進(jìn)水平。由于以上一系列的發(fā)展變化，大大推動(dòng)了徐州礦區(qū)煤巷錨桿支護(hù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍得到迅速的擴(kuò)大。 除應(yīng)用于、類穩(wěn)定圍巖巷道中外，在、類不穩(wěn)定圍巖巷道中進(jìn)行了大量的研究、試驗(yàn)、推廣。煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)在工作面順槽、采區(qū)上、下山、工作面開切眼、綜采工作面拆除擴(kuò)巷等不同用途的巷道中均有大量的應(yīng)用，煤巷錨桿支護(hù)巷道數(shù)量有明顯增加。年

7、份200320042005200620072008進(jìn)尺(米)116540108910106620116105110710105812支護(hù)率（%）90.291.192.291.492.692.8 領(lǐng)導(dǎo)小組組織外出調(diào)研11個(gè)礦務(wù)局，借鑒它們的經(jīng)驗(yàn)，特別是了解它們失敗的或者說是走彎路的地方，汲取教訓(xùn)，不生搬硬套，還要有適度的敏感性，制定適合自己礦區(qū)的路線，堅(jiān)持試驗(yàn)，不怕失敗，堅(jiān)定不移地推廣應(yīng)用煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)。 建立組織領(lǐng)導(dǎo)體系樹立以人為本的觀念 建立工作制度 計(jì)劃管理 強(qiáng)化錨桿支護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)工作管 理制定技術(shù)規(guī)定，修改標(biāo)準(zhǔn) 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查，查清圍巖強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和沉積變化，了解構(gòu)造形

8、態(tài)、分布及對(duì)巖體強(qiáng)度、完整性帶來的影響。徐州礦區(qū)考慮圍巖體條件，按不同組別主采煤層的巖石強(qiáng)度、巖石性質(zhì)劃分等級(jí)，供設(shè)計(jì)時(shí)使用，對(duì)于具體巷道，還需作細(xì)致調(diào)查分析。外載的大小決定了加固支承體的加固方式與強(qiáng)度，這是錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的因素。影響外載大小的主要因素有：采動(dòng)影響、煤柱尺寸、巷道斷面和形狀、構(gòu)造應(yīng)力等。徐州礦區(qū)考慮這些因素時(shí)，把采空區(qū)側(cè)巷道與煤體側(cè)巷道，小于3m、35m、57m跨度和構(gòu)造應(yīng)力影響區(qū)內(nèi)的巷道等因素綜合考慮加以分別劃類的。對(duì)具體巷道，還需作具體調(diào)查分析。 在初步設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)調(diào)查的巖體、采動(dòng)、構(gòu)造條件，試驗(yàn)資料，同類條件的工程實(shí)踐等，用工程類比法確定支護(hù)結(jié)構(gòu)、形式和參數(shù)，這是設(shè)

9、計(jì)工作的開始。在實(shí)施過程中根據(jù)工程反饋的信息（礦壓觀測(cè)和工程支護(hù)效果調(diào)查）作出修改。要了解巷道施工與初步設(shè)計(jì)的一致性，檢查施工質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。觀測(cè)巷道圍巖變化和頂板離層量，應(yīng)排除施工質(zhì)量影響因素并對(duì)礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，評(píng)判巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的適應(yīng)性、合理性及存在問題，提出修改意見，使其不斷完善，最終使得支護(hù)設(shè)計(jì)適應(yīng)系統(tǒng)及安全生產(chǎn)的需要。 煤巷錨桿支護(hù)鉆具 徐州礦區(qū)根據(jù)巷道圍巖強(qiáng)度及現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)能力，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定其配置原則：壓風(fēng)系統(tǒng)能力能夠滿足的，一律配置風(fēng)動(dòng)機(jī)具；邊遠(yuǎn)采區(qū)、系統(tǒng)能量損耗大，不能滿足風(fēng)動(dòng)機(jī)具使用要求的，配置液壓機(jī)具；巖石堅(jiān)固性系數(shù)f8的配置沖擊

10、破巖鉆具，f8的配置切削破巖鉆具；配置沖擊破巖鉆具的施工地點(diǎn)，同時(shí)配置安裝機(jī)具；安裝機(jī)具包括緊固螺母的氣扳機(jī)（風(fēng)炮）。煤巷錨桿支護(hù)的整個(gè)工藝過程全為機(jī)械化和半機(jī)械化操作。避免人為因素造成的失誤。 鉆具型號(hào)、釬桿長(zhǎng)度的選擇，應(yīng)與巷道高度、鉆孔深度結(jié)合起來、統(tǒng)籌考慮，保證施工時(shí)換釬桿次數(shù)不超過2次；巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=68及以上時(shí)配置金剛石復(fù)合片鉆頭，f6的配置普通合金鉆頭。 煤巷錨桿支護(hù)材料配置 經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，分析錨桿支護(hù)受力構(gòu)件系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)相互配置不合理。 一是錨桿桿尾破斷力比桿體降低2030%，延伸率減少15%，力學(xué)性能不能充分利用； 二是忽視托板的作用，配置帶有隨意性。不問錨桿錨固力多大，桿體

11、直徑從16mm到20mm，其配置都是一樣的。 三是普通螺母不便于錨桿安裝攪拌，不注意與桿體強(qiáng)度匹配； 四是錨桿構(gòu)件配置不合理，使錨桿錨固力降低，適應(yīng)圍巖變化能力變差。這些是錨桿支護(hù)質(zhì)量上不去，控制效果不理想，使用范圍受限制的重要影響因素。 為了解決錨桿材料配置不合理問題，做了四項(xiàng)工作：為了解決錨桿材料配置不合理問題，做了四項(xiàng)工作： 一是對(duì)錨桿桿體、托板、螺母做了大量試驗(yàn)室試驗(yàn)，獲取了大量的數(shù)據(jù)資料，經(jīng)整理分析，提出了錨桿構(gòu)件合理配置的材料和參數(shù)； 二是用合理配置的錨桿構(gòu)件做示范工程，用實(shí)際效果證明以啟迪和轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊恼J(rèn)識(shí)； 三是攝制錨桿支護(hù)科教片，對(duì)有關(guān)人員進(jìn)行錨桿支護(hù)材料選擇和工藝操作技能教育

12、； 四是用組織手段強(qiáng)制執(zhí)行，下發(fā)了加強(qiáng)煤巷、半煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)及質(zhì)量管理的規(guī)定（見附件四），對(duì)各種材料的選擇配置都作了具體規(guī)定：必須按徐州礦區(qū)錨桿支護(hù)“三徑”匹配配置支護(hù)材料；錨固材料必須使用樹脂錨固劑； 巷道頂板必須使用左旋無縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，且其尾部螺紋加工螺紋必須用滾絲機(jī)加工；淘汰普通螺母，必須配置封板式快速安裝防松加厚螺母；錨桿托板厚度不得小于8mm，面積不得低于100cm2；錨索托板應(yīng)用18#20#槽鋼截成，中間必須加焊150mm150mm10mm或170mm170mm10mm的鋼板；巷道頂板鋪設(shè)的金屬網(wǎng)必須使用菱形網(wǎng)；這些規(guī)定同時(shí)還作為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化檢查的依據(jù)，不符合要求的按不合格工

13、程處理。 錨桿支護(hù)的關(guān)鍵在破巖的同時(shí)如何保護(hù)圍巖的問題，這是錨桿支護(hù)的工藝技術(shù)基礎(chǔ)，也是錨桿支護(hù)能否成功的關(guān)鍵。因?yàn)楸瞥尚尾缓?，直接破壞圍巖強(qiáng)度，不利于錨桿托板與頂幫密貼，錨桿受力條件變差。錨桿支護(hù)工藝技術(shù)的第一要素：成形控制。錨桿支護(hù)工藝技術(shù)的第一要素：成形控制。因煤巖條件不同而不同?！叭洝泵簩佑捎诿簩雍苘?f1)，自穩(wěn)時(shí)間短，一次爆破成形不能滿足工序銜接的時(shí)間要求。為保證煤幫平直和穩(wěn)定，其工藝技術(shù)原則是爆破預(yù)留、手鎬修邊成形。炮眼布置成倒八字形，爆破后，頂部巷寬達(dá)到巷道毛斷面寬度，為出煤后頂板及時(shí)支護(hù)創(chuàng)造條件，下部巷寬比巷道毛斷面寬度小1.2m，一側(cè)預(yù)留600mm，以保證巷幫的穩(wěn)定。中

14、硬煤層(f=23)，采用修邊爆破，頂、邊眼布置距煤幫、頂板均為200mm，間距400mm，裝藥量不大于300g，爆破后，煤壁稍作修理，即可達(dá)到平直和穩(wěn)定。 錨桿支護(hù)工藝技術(shù)的第二要素：及時(shí)支護(hù)錨桿支護(hù)工藝技術(shù)的第二要素：及時(shí)支護(hù) 爆破是頂幫齊直穩(wěn)定的基礎(chǔ)，及時(shí)支護(hù)是頂幫齊直穩(wěn)定的保證。沒有及時(shí)支護(hù)，成形的幫、平穩(wěn)的頂也會(huì)片掉。所謂及時(shí)支護(hù)，“三軟”煤層要求：爆破后，煤出一部分，具備頂板支護(hù)條件，就要進(jìn)行頂板支護(hù)，頂板支護(hù)完畢，煤幫分步刷夠巷道寬度，分步支護(hù)，順序?yàn)橄壬虾笙?，兩幫同時(shí)；中硬煤層，兩幫可以同時(shí)一次爆破修邊成形，支護(hù)煤幫始終滯后頂板2m，不允許任意擴(kuò)大。以保證煤幫、頂板支護(hù)及時(shí)與平行

15、作業(yè)兼顧，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、數(shù)量的相互促進(jìn)，協(xié)調(diào)發(fā)展。及時(shí)支護(hù)還應(yīng)必須在管理上予以重視，這是現(xiàn)場(chǎng)能否落實(shí)的關(guān)鍵。錨索也應(yīng)及時(shí)支護(hù)，盡量緊跟迎頭。 錨桿支護(hù)工藝技術(shù)的第三要素：錨桿的安裝錨桿支護(hù)工藝技術(shù)的第三要素：錨桿的安裝質(zhì)量。質(zhì)量。規(guī)定做到：點(diǎn)眼定眼位，按眼位打眼，打眼要垂直頂板、兩幫，樹脂藥卷按順序(超快在前、快速居中、中速其后)送到孔底，方可攪拌，攪拌速度要均勻，時(shí)間要適中(超快15秒、快速20秒、中速30秒)，待樹脂錨固劑凝膠后，用錨桿鉆機(jī)上緊錨桿螺母，頂板、兩幫錨桿使螺母扭矩大于等于100N.m，使錨桿具有一定的初錨力。使用金屬網(wǎng)的，應(yīng)鋪設(shè)平直、崩緊，保證壓網(wǎng)不小于150 mm，錨桿穿過壓茬

16、網(wǎng)處，不留空隙、弱茬，兩個(gè)肩窩處幫頂要封閉連接牢固，充分發(fā)揮網(wǎng)的護(hù)表功能。 錨桿支護(hù)工藝技術(shù)的第四要素：過小構(gòu)造時(shí)冒頂片幫的處理。煤礦巷道掘進(jìn)經(jīng)常遇到過小構(gòu)造，局部冒頂片幫也時(shí)有發(fā)生。為防止這些地點(diǎn)的錨桿支護(hù)發(fā)生的冒頂片幫，必須采取有效的工藝技術(shù)措施：一是加大支護(hù)密度，增加支護(hù)強(qiáng)度(同時(shí)增加錨桿、錨索數(shù)量)；二是縮小循環(huán)進(jìn)度；三是做好斷層面的處理，應(yīng)以斷層面面積計(jì)算錨桿使用數(shù)量和布置錨桿，找掉由斷層力揉搓產(chǎn)生的碎矸。做到網(wǎng)、梁、托板與斷層面密貼。與斷層面緊連的兩處轉(zhuǎn)折過渡段要靠近轉(zhuǎn)折處各打一排錨桿，使梁網(wǎng)能夠密貼頂板；四是根據(jù)斷層處的圍巖條件，為增強(qiáng)其穩(wěn)定性，可以增加縱向鋼筋托梁，按錨桿的間距

17、布設(shè)。 防止冒頂片幫時(shí)形成較大空洞及用架棚支護(hù)的背幫接頂充填方式。支護(hù)原則是掉到哪兒錨到哪兒，順序是先從片掉處開始，這樣能夠保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體一致性。工藝的實(shí)施，無一不牽扯到高素質(zhì)隊(duì)伍的努力，因此培養(yǎng)高素質(zhì)隊(duì)伍是推廣應(yīng)用煤巷、半煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵。 質(zhì)量控制關(guān)鍵在人，要把人教育好、培訓(xùn)好，提高人的質(zhì)量意識(shí)和操作技能，熟悉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 質(zhì)量控制的第二個(gè)重點(diǎn)：驗(yàn)收與考核。 集團(tuán)公司煤巷、半煤巷錨桿支護(hù)推廣課題組確定了“總體推進(jìn)、局部難點(diǎn)攻關(guān)”的總體方針。本著這一原則，課題組在集團(tuán)公司各單位開展了廣泛的工作，在、及類圍巖巷道擴(kuò)大錨桿支護(hù)應(yīng)用范圍。為各礦井研究、制定煤巷錨桿支護(hù)方案，提供性能優(yōu)越的施工機(jī)具，積極創(chuàng)造有利條件，協(xié)助各礦井首先推廣應(yīng)用普通且較為成熟的錨桿支護(hù)技術(shù)，全面推進(jìn)集團(tuán)公司的煤巷錨桿支護(hù)工作。 根據(jù)課題組初期制定的推廣應(yīng)用煤巷、半煤巷錨桿支護(hù)的“總體推進(jìn)，局部難點(diǎn)攻關(guān)”的總體方針，在煤巷、半煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)難點(diǎn)攻關(guān)方面開展了卓有成效的工作，有了突破性的進(jìn)展，共攻克復(fù)雜地質(zhì)條件煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)10項(xiàng)之多，取得了豐碩的成果。 成立了“煤巷錨桿