一、引言
管縫式錨桿支護(hù)作為井巷工程施工的一種支護(hù)手段，近年來在許多礦山井巷掘進(jìn)中得到了較為廣范的推廣和應(yīng)用。管縫式錨桿支護(hù)跟其它類型錨桿支護(hù)相比，預(yù)期錨固力在錨桿打進(jìn)去的同時(shí)就能達(dá)到，具有減少巷道維修量又能當(dāng)班支護(hù)到位等優(yōu)勢。在坑木來源日趨緊張、坑木價(jià)格高達(dá)780元/m3的當(dāng)前，還有明顯節(jié)約支護(hù)成本的優(yōu)點(diǎn)。我礦推廣應(yīng)用管縫錨桿工作主要從2004年初開始在圍巖較好的巖巷中試用，已逐步推廣應(yīng)用到半煤巖巷中。但是，在較破碎煤巖體、巖巷見煤時(shí)，按常規(guī)施工技術(shù)雖采用多種措施，還是經(jīng)常發(fā)生冒頂垮幫事故，小則影響施工進(jìn)度，大則造成無效進(jìn)尺。為此，我礦通過開展科技攻關(guān)，大膽創(chuàng)新，在巖巷穿煤、松軟煤巖體中施工巷道時(shí)，嘗試采用管縫式錨桿作超前控頂控幫，實(shí)現(xiàn)了防止發(fā)生冒頂片幫事故，達(dá)到安全施工要求，并已在本礦中廣泛應(yīng)用。
二、管縫錨桿的支護(hù)原理及技術(shù)參數(shù)
管縫式金屬錨桿是采用高強(qiáng)度金屬板卷壓成帶縱縫的管狀桿體，用鑿巖機(jī)強(qiáng)行壓人比桿徑小的鉆孔(配合差2～3mm)，可立即在沿孔向80～100cm范圍內(nèi)對孔壁施加徑向壓力和產(chǎn)生穿層的阻止圍巖下滑的摩擦力，加上錨桿托盤托板的承托力，從而使圍巖處于三向受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)由于管壁彈性張力擠壓孔壁而產(chǎn)生的磨擦錨固力，是主動加固層理發(fā)育圍巖的新型自身錨固式錨桿。就象膨脹釘一樣把層理發(fā)育的巖層緊緊地釘在周邊穩(wěn)定的巖層中，每米錨桿向鉆孔內(nèi)的壓入力約25kN，產(chǎn)生的錨固力與壓入力大致相等。同一外徑和材質(zhì)的錨桿，管壁越厚，金屬管材的彈性應(yīng)力越高；孔徑壓縮越小，錨固力越大。在堅(jiān)硬的巖層中其錨固力更大，如砂巖中的錨固力可達(dá)60～100kN。在爆破振動圍巖錨移等情況下或隨著時(shí)間的推移，后期錨固力有明顯增大的趨勢。在煤系地層安裝100天后，錨固力可由60kN增加到90kN。對地層橫向錯(cuò)動，有良好的適應(yīng)能力；鉆孔變彎曲，錨固得更牢。
錨桿支護(hù)一般配合有噴漿永久支護(hù)，錨桿作用以組合梁效果為主；在半煤巖巷道施工中，錨桿支護(hù)一般起懸吊巖石的作用，它必須配合煤層貼幫柱及相應(yīng)背幫等支護(hù)措施。
錨桿支護(hù)技術(shù)參數(shù)的確定：按照加固的拱梁理論，加固拱梁厚度與錨桿長度和間距之間的關(guān)系：
b=(Ltga—a)/tga
式中
b——加固拱梁厚度，m；
L——錨桿的有效長度，m；
a——錨桿在松散體中的控制角；
A——桿的間距。
錨桿的控制角如按45。計(jì)，則
b=La
根據(jù)上式，錨桿長度L=1600mm，選定錨桿間距a=600mm，則加固拱梁厚度將為900mm，相當(dāng)于二層料石拱梁的厚度。
三、管縫式錨桿支護(hù)特點(diǎn)
1.管縫式錨桿支護(hù)可一直跟到掘進(jìn)巷道最迎頭，支護(hù)十分及時(shí)，可避免空頂作業(yè)的產(chǎn)生。
2.管縫式錨桿只要一推進(jìn)錨桿眼，其產(chǎn)生的錨固力就能達(dá)到，支護(hù)效果較好，可減少由于支護(hù)不及時(shí)造成的維修工作量。
3.跟以往同類錨桿支護(hù)過程相比，管縫式錨桿支護(hù)具有工藝簡單，易于操作，且支護(hù)質(zhì)量較能保證的優(yōu)點(diǎn)。
4.與坑木支護(hù)相比，管縫式錨桿支護(hù)不但是對巖石進(jìn)行主動支護(hù)，可減少由于巷道變形引起的片幫事故，延長支護(hù)期限，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，從長遠(yuǎn)看其支護(hù)成本有較為明顯的降低；而且使巷道巖石風(fēng)化脫落的機(jī)率大大降低，巷道維修量少，這對保留回采面上風(fēng)巷的完整十分有利，為礦井正規(guī)面建設(shè)創(chuàng)造更好條件。
5.管縫式錨桿超前支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)
能使松軟的煤層和破碎的巖層經(jīng)錨固后組成拱梁結(jié)構(gòu)，增加了煤層及巖層的整體強(qiáng)度，使不易控制的煤巖體變?yōu)橛邢鄬Ψ€(wěn)定時(shí)間的煤巖體，給施工有效支護(hù)創(chuàng)造了一定的暗，從而產(chǎn)現(xiàn)施工安全順利進(jìn)行。
四、管縫錨桿應(yīng)用實(shí)例
從2004年開始，管縫式錨桿支護(hù)在我礦井巷掘進(jìn)中已得到較好應(yīng)用，但受使用范圍的限制，其優(yōu)勢還遠(yuǎn)未正常發(fā)揮，2006年一開始，管縫式錨桿支護(hù)進(jìn)一步推廣到我礦各個(gè)生產(chǎn)采區(qū)開拓巷道和半煤巖施工中得到廣泛的應(yīng)用。2006年3月份開始，我礦掘一隊(duì)施工延二采區(qū)西塊段37#石門穿煤層、39#+245～+195下山離落平點(diǎn)還有10m左右，遇見39#煤層，發(fā)生了冒片煤現(xiàn)象，全斷面的煤又不見頂?shù)装?，給施工造成了困難，影響了施工進(jìn)度。為此，在處理巷道冒頂時(shí)為防止再次冒煤，我們對巖巷見煤施工全煤斷面的巷道迎頭采用管縫錨桿按20～50cm的間隙進(jìn)行全斷面的超前錨固，起到預(yù)期效果。此后，類似問題在即可見煤時(shí)采用該項(xiàng)超前控制技術(shù)得到進(jìn)一步驗(yàn)證，使用效果顯著。
1.材料選用及施工器具配備
(1)材料選用：為保證錨桿支護(hù)質(zhì)量，所使用錨桿材料的彈性的屈服應(yīng)力大于350MPa，管壁厚2.0mm，管長1600ram，管徑34ram。開縫12mm。選用山東漣鋼田湖軋鋼有限公司生產(chǎn)的ф34×1600的管縫式錨桿(含托盤)。
(2)施工器具配備：使用的ZY-24型風(fēng)鉆、高壓風(fēng)管及短氣腿一套，ф32新鉆頭或經(jīng)磨制復(fù)用的ф34舊鉆頭，配備1.0m短鉆桿和1.8m長鉆桿各一根及一長一短兩根敲幫問頂用的撬棍、調(diào)整風(fēng)鉆氣腿或穩(wěn)鉆用的特制鐵椅等。
2.應(yīng)用地點(diǎn)
延二采區(qū)兩塊段37#石門穿煤層及39#+245-+195下山及39#反眼施工作業(yè)點(diǎn)。
3.錨桿布置
按巷道輪廓線布置錨桿眼位(正常情況下，按20cm×20cm間排距排列)，按與巷道施工方向成10-20。(斜交巷道前進(jìn)方向)的方向安設(shè)錨桿。施工的炮眼深度不超過l00cm，這樣在炮放后，由于有超前的錨桿護(hù)住幫頂，錨桿還有60em仍然深入煤巖體中，形成的拱梁結(jié)構(gòu)能保持松軟的煤巖體有一段相對的穩(wěn)定時(shí)間，這時(shí)施工隊(duì)伍抓緊時(shí)間及時(shí)梯形支護(hù)跟緊迎頭，并控頂控幫，就能實(shí)現(xiàn)及時(shí)支護(hù)順利施工，而不發(fā)生冒頂片幫事故；在全巖開掘的巷道施工39#反眼，當(dāng)最后一排炮見煤時(shí)，雖然按規(guī)定不放掉炮眼，但是在其拱頂上方也要按與上山方向成10-20。的角度布置，并打好超前控頂煤的錨桿，使得采煤隊(duì)進(jìn)入作業(yè)時(shí)，放掉最后一排炮后不至于發(fā)生冒片煤的事故。減少施工中冒頂片煤的事故，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)。
4.管縫式錨桿超前支護(hù)工藝流程
按沿巷道輪廓線要求進(jìn)行布錨眼，配合一長一短兩根鉆桿，按1.8m長度掘出錨桿眼→用高壓風(fēng)管吹眼→用特制頂錘套上錨桿(并配上托盤)，利用風(fēng)鉆的撞擊力把管縫式錨桿推進(jìn)錨桿眼內(nèi)→按先頂后幫的順序進(jìn)行超前控頂控幫。嚴(yán)格按以上要求打好每一根錨桿，確認(rèn)錨桿到位后，方可進(jìn)行巷道斷面的1m深度的打眼作業(yè)。按掘進(jìn)作業(yè)要求爆破出相關(guān)設(shè)計(jì)巷道(按80%的炮眼利用率每排炮進(jìn)0.8m)→通風(fēng)及敲幫問頂→出掉煤或矸石→立即用棚式支護(hù)控頂控幫一并把超前控頂幫的錨桿捌到或背進(jìn)幫頂戧牢。下一班重復(fù)以上工作，直至順利通過破碎帶或全煤地段。
5.安裝技術(shù)要領(lǐng)
(1)安裝前應(yīng)檢查管縫式錨桿的長度，直徑是否與巖孔相匹配。
(2)安裝時(shí)，鑿巖機(jī)及頂錘、管縫式錨桿和煤巖孔四者的中心線應(yīng)當(dāng)在同一直線上。鑿巖機(jī)的風(fēng)壓在起始時(shí)不要開得太大，等錨桿進(jìn)入1/3深度時(shí)再開大氣閥，進(jìn)行全力推進(jìn)。
(3)錨眼應(yīng)比管縫式錨桿長度大50～100mm。托板貼緊巖面后，鑿巖機(jī)不得繼續(xù)沖擊管縫式錨桿的尾端。
五、存在問題
管縫式錨桿支護(hù)對錨桿眼孔徑精度要求較高，若孔徑太大會造成錨桿支護(hù)失效的現(xiàn)象，當(dāng)孔徑偏小時(shí)，又容易引發(fā)管縫式錨桿不能全長打進(jìn)錨桿眼，留了一段在孔外，拔不出來的情況，產(chǎn)生廢桿，造成支護(hù)效果達(dá)不到要求，不但給安全生產(chǎn)埋下安全隱患，而且又而浪費(fèi)支護(hù)材料。應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)工種培訓(xùn)。
六、結(jié)論
通過使用錨桿超前支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巖巷穿煤層或破碎煤巖體施工不發(fā)生冒頂片幫事故，提高了巷道施工的安全性，減少了由于冒頂處理而增大的坑木使用量，有利于礦井安全生產(chǎn)，同時(shí)減輕了工人的勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，降低了坑木的使用量。若圍巖較破碎的薄中厚層狀的圍巖中使用時(shí)，應(yīng)配合網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，效果更佳。在礦山巷道等支護(hù)領(lǐng)域中，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。不但企業(yè)本身具有較好的安全和明顯的經(jīng)濟(jì)效益，由于降低坑木消耗，減少森林破壞與復(fù)墾，也有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
