煤礦巷道護表構件連接技術改進實踐
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［摘要］人工連接金屬網與鋼筋托梁時，因連接鐵絲細、連接質量差、強度低，成為錨桿支護體的短板，是巷道圍巖開始破壞、失穩(wěn)的主要誘因。采用LWQ-8型氣動錨網連扣機連接，操作安全簡便，保證了金屬網間、金屬網與鋼筋托梁間、塑料網與鋼筋托梁間的連接質量，其配套扣環(huán)釘抗拉強度高，提高了連接強度，消除了錨桿支護薄弱點，有效地擴散和傳遞了錨桿的預應力，保證了錨桿支護的圍巖控制效果。
［關鍵詞］巷道護表；組合構件；連接技術；連扣機
引言
錨桿支護與傳統(tǒng)棚式支護相比，明顯優(yōu)勢是實現(xiàn)了對巷道圍巖的及時、主動支護，能夠取得較理想的圍巖控制效果。同時，大幅降低巷道的支護成本，減輕工人的勞動強度，大大簡化了采煤工作面的超前支護和端頭處理工藝，為煤礦的安全高效發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。錨桿是安裝在圍巖中，對圍巖實施錨固的桿件系統(tǒng)。錨桿支護系統(tǒng)一般由桿體、托盤、螺母、墊圈、錨固劑或錨固構件組成，錨桿支護也是通過這些構件的共同作用來實現(xiàn)的。錨桿桿體的抗彎和抗壓能力很小，桿體的主要作用是抗拉和抗剪，限制巖層膨脹、離層、錯動，錨桿支護的關鍵是獲得較大的支護范圍和較高的預應力，錨桿托盤的面積相對較小，其護表、預應力擴散和傳遞能力有限，需由其他構件協(xié)助。
1構件連接分析
1.1組合構件作用
錨桿組合構件一般有鋼帶與鋼筋托梁2種形式，應優(yōu)先采用鋼帶［1］。當巷道圍巖比較完整、應力比較低時，可使用鋼筋托梁。鋼帶主要有W鋼帶和M鋼帶2類，鋼筋托梁一般采用不同直徑的鋼筋焊接而成，組合構件主要有以下3個方面的作用。（1）組合作用。組合構件把各根單體錨桿組合起來，形成一個支護整體共同作用和承載，一起改善巷道圍巖應力狀態(tài)，調動圍巖承載能力，實現(xiàn)控制巷道圍巖的目的。（2）擴散預應力。組合構件連接各根錨桿，通過托盤的傳遞，擴散和傳遞錨桿的預應力和工作阻力，使支護體的載荷更加均勻，更利于改善巷道圍巖應力狀態(tài)，把巷道輪廓附近的應力向深處轉移。（3）限制表面圍巖位移。組合構件對巷道淺部圍巖起著一定的支護作用，防止錨桿間巖石冒落，限制巷道表面圍巖產生離層破壞，保證了錨桿支護體的完整性。
1.2護表網的作用
煤礦使用的護表網種類較多，主要有鋼筋網、菱形金屬網、經緯網和塑料網等，現(xiàn)場使用較多的是菱形金屬網，網的主要作用是：（1）支護作用。在網緊貼巷道表面時，能對巷道表面提供0.01MPa的支護力［2］，網在有效約束巷道表面圍巖變形的同時，對深部圍巖也有良好的支護作用。有網時的巷道表面圍巖即使已被破壞，但不會松散垮落，使巷道深部圍巖具有良好的受力狀態(tài)，保證了深部圍巖的整體性；沒有網或網失效時，巷道表面松散破碎圍巖會冒落，逐漸發(fā)展到巷道深部，導致巷道圍巖的整體失穩(wěn)。網的支護作用如圖1所示。（2）護表作用。巷道頂、幫采用護表網后，大幅增加了支護體的護表面積，與組合構件一起，傳遞和擴散錨桿的預應力至巷道整個輪廓面，充分發(fā)揮錨桿支護性能。（3）防漏矸作用。網孔一般都較小，護表網可防止巷道淺表松散破碎圍巖的發(fā)展，避免擴大破碎區(qū)范圍，防漏矸作用保證了錨桿間圍巖的穩(wěn)定，從而維持巷道圍巖的穩(wěn)定。
1.3連接方式分析
組合構件中W、M鋼帶采用錨桿穿孔、壓網施工，支護的整體性和可靠性較高。網與網之間、網與鋼筋托梁之間的連接，一般采用較細的鐵絲人工連接，如菱形金屬網間、菱形金屬網與鋼筋托梁間采用14#鐵絲雙排連接；塑料網間及其與鋼筋托梁一般采用18#鐵絲雙排連接，一般連接點間距為200mm。傳統(tǒng)人工連接主要存在以下問題：（1）不利于安全和標準化創(chuàng)建。人工連接時，剪、連鐵絲和翻動金屬網，極易刮、刺傷人，而且松垮連接的鐵絲頭吊掛在網下，較大地影響巷道的觀感質量，不利于安全生產標準化的創(chuàng)建。（2）質量差。人工采用鉗子或其他自制工具連接時，連接點多、工作量大。連接鐵絲大多松垮、間距不勻，如頂板破碎、施工條件差、工期緊張時，更難保證連接質量。（3）強度低。連接鐵絲的直徑遠小于金屬網和鋼筋托梁，本身強度低，松垮的連接幾乎沒有連接強度，成為支護體的短板，容易首先從連接點出現(xiàn)網兜、破壞，從而造成巷道圍巖破壞、支護失效。
2連接強度分析
由以上分析可知，為提高錨桿支護體的整體性和強度，連接強度和質量是關鍵。提高連接強度最簡單有效的辦法是使用更粗鐵絲連接，但人工連接與金屬網線徑匹配的10#及以上規(guī)格鐵絲時，難度極大。因此，亟需一種機械連接方式來保證連接質量。
2.1粗鐵絲連接
鐵絲加工一般將熾熱的金屬坯軋成準5mm粗的鋼條，再將其放入拉絲裝置內拉成不同直徑，并逐步縮小拉絲盤的孔徑，進行冷卻、退火、涂鍍等工藝制成不同規(guī)格的鐵絲。連接鐵絲的抗拉力決定了鐵絲的連接強度?？估可根據(jù)下式計算得出:式中：f為抗拉力，N；P為抗拉強度，因選用材質和加工工藝的不同，一般鐵絲取300～550MPa；D為鐵絲直徑，mm。常用鐵絲規(guī)格如表1所示。由式（1）可知，鐵絲的抗拉力與線徑的平方成正比，使用與金屬網同規(guī)格或接近的鐵絲連接，可保證連接點強度，從根本上避免出現(xiàn)支護薄弱點。
2.2機械連接
煤礦井下工作空間相對狹小，金屬網的規(guī)格又較大，使用較粗硬的與金屬網同規(guī)格或接近的鐵絲人工連接時，無法保證金屬網間、鋼筋托梁與金屬網間的緊實，不能有效地約束巷道表面圍巖，起不到應有的支護作用。因此，應采用安全可靠的機械連接。目前連接機械種類較多，普通聯(lián)網機扣釘強度較低，抗拉力只有300～350N，連接強度仍與金屬網相差較大，且大多扣釘扭結角度小，現(xiàn)場試驗時常因被拉直、脫扣而失效。新型的LWQ-8型氣動錨網連扣機，采用槍型結構，結構簡單、質量輕，機械連網、操作簡單。其扣釘能繞曲2圈及以上，輕松壓實繞緊金屬網與鋼筋托梁等構件，保證了連接強度和質量，較適用于煤礦井下各種網與鋼筋托梁等構件間的連接。其主要技術參數(shù)如表2所示。與LWQ-8型氣動錨網連扣機配套使用的C型連網扣環(huán)釘，抗拉強度是普通同規(guī)格鐵絲的6～8倍，其標準抗拉力不小于1000N，檢測抗拉力均在1100N以上，最大達1500N，遠高于其他連網機所用的扣釘強度，保證了連接強度。扣環(huán)釘主要技術參數(shù)如表3所示。
3現(xiàn)場應用
3.1概況
張雙樓煤礦7100工作面位于-500m水平東一采區(qū)，北部為7101、7302工作面采空區(qū)，南部臨近東風井立井井筒。7100材料道設計工程量1581m，煤層厚度3.4m，傾角21°～30°，平均23°，頂板為泥巖、砂質泥巖。巷道規(guī)格為寬×高＝4700mm×2900mm，采用錨網梁索聯(lián)合支護。頂板和兩幫采用規(guī)格為準20mm×2000mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距900mm×900mm，巷道兩幫基角各施工1根-30°底角錨桿，安裝扭矩在150～200N•m，二次緊固扭矩在260～300N•m，抗拔力>100kN；組合構件選用準12mm鋼筋托梁，巷道頂板和兩幫分別使用10#金屬菱形網和1.2m×30m的高強塑料網護表；頂板采用規(guī)格為準18.9mm×6250mm錨索加強支護，每排2根，間排距1800mm×2700mm，錨索預緊力在160～200kN，檢測抗拔力為252kN。7100材料道支護斷面如圖2所示。
3.2效果分析
7100材料道使用機械連接技術后，因LWQ-8型氣動錨網連扣機輕便、操作簡單，連接質量好、強度高、速度快，圍巖控制效果較好。（1）保證了連網安全。氣動錨網連扣機連網機體積非常小巧、質量很輕，可方便單手操作，減少了翻網、扭結和緊網等工序，消除了被鐵絲刮、刺傷人隱患，保證了現(xiàn)場連網安全。（2）消除了支護短板。配套使用的連網扣釘抗拉強度高，與金屬網的強度相匹配，大幅提高了連接強度，保證了連接質量，使金屬網間、金屬網與鋼筋托梁間、塑料網與鋼筋托梁間連接緊密，消除了支護短板，保證了錨桿支護的整體性，有效地擴散和傳遞了錨桿的預應力，提高了錨桿支護的圍巖控制效果。（3）提高了連網效率。人工連接時，至少需要2人，連接1片菱形金屬網與鋼筋托梁需15min。采用氣動錨網連扣機機械連接時，1人3min即可完成連網，工效提高了5倍。（4）提高了標準化創(chuàng)建水平。氣動錨網連扣機連接質量高，連接點緊密、間距均勻、簡潔，非常美觀，保證了巷道的觀感質量，提高了安全生產標準化創(chuàng)建水平。
4結語
人工連接金屬網與鋼筋托梁時，因連接鐵絲細、連接質量差、強度低，成為錨桿支護的短板，是巷道圍巖開始破壞、失穩(wěn)的主要誘因。采用LWQ-8型氣動錨網連扣機連接，操作安全簡便，保證了金屬網間、金屬網與鋼筋托梁間、塑料網與鋼筋托梁間的連接質量，其配套扣環(huán)釘抗拉強度高，提高了連接強度，消除了錨桿支護薄弱點，有效地擴散和傳遞了錨桿的預應力，保證了錨桿支護的圍巖控制效果。
［參考文獻］
［1］中國煤炭工業(yè)協(xié)會.煤礦巷道錨桿支護技術規(guī)范：GB/T35056-2018［S］.北京：國家市場監(jiān)督管理總局，2018.
［2］侯朝炯團隊.巷道圍巖控制［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2013.
作者：張委托 單位：江蘇徐礦能源股份有限公司張雙樓煤礦
