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[摘要]人工連接金屬網(wǎng)與鋼筋托梁時(shí),因連接鐵絲細(xì)、連接質(zhì)量差、強(qiáng)度低,成為錨桿支護(hù)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(dòng)錨網(wǎng)連扣機(jī)連接,操作安全簡(jiǎn)便,保證了金屬網(wǎng)間、金屬網(wǎng)與鋼筋托梁間、塑料網(wǎng)與鋼筋托梁間的連接質(zhì)量,其配套扣環(huán)釘抗拉強(qiáng)度高,提高了連接強(qiáng)度,消除了錨桿支護(hù)薄弱點(diǎn),有效地?cái)U(kuò)散和傳遞了錨桿的預(yù)應(yīng)力,保證了錨桿支護(hù)的圍巖控制效果。
[關(guān)鍵詞]巷道護(hù)表;組合構(gòu)件;連接技術(shù);連扣機(jī)
引言
錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)棚式支護(hù)相比,明顯優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)了對(duì)巷道圍巖的及時(shí)、主動(dòng)支護(hù),能夠取得較理想的圍巖控制效果。同時(shí),大幅降低巷道的支護(hù)成本,減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,大大簡(jiǎn)化了采煤工作面的超前支護(hù)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(duì)圍巖實(shí)施錨固的桿件系統(tǒng)。錨桿支護(hù)系統(tǒng)一般由桿體、托盤、螺母、墊圈、錨固劑或錨固構(gòu)件組成,錨桿支護(hù)也是通過這些構(gòu)件的共同作用來實(shí)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(cuò)動(dòng),錨桿支護(hù)的關(guān)鍵是獲得較大的支護(hù)范圍和較高的預(yù)應(yīng)力,錨桿托盤的面積相對(duì)較小,其護(hù)表、預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散和傳遞能力有限,需由其他構(gòu)件協(xié)助。
1構(gòu)件連接分析
1.1組合構(gòu)件作用
錨桿組合構(gòu)件一般有鋼帶與鋼筋托梁2種形式,應(yīng)優(yōu)先采用鋼帶[1]。當(dāng)巷道圍巖比較完整、應(yīng)力比較低時(shí),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(gòu)件主要有以下3個(gè)方面的作用。(1)組合作用。組合構(gòu)件把各根單體錨桿組合起來,形成一個(gè)支護(hù)整體共同作用和承載,一起改善巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài),調(diào)動(dòng)圍巖承載能力,實(shí)現(xiàn)控制巷道圍巖的目的。(2)擴(kuò)散預(yù)應(yīng)力。組合構(gòu)件連接各根錨桿,通過托盤的傳遞,擴(kuò)散和傳遞錨桿的預(yù)應(yīng)力和工作阻力,使支護(hù)體的載荷更加均勻,更利于改善巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài),把巷道輪廓附近的應(yīng)力向深處轉(zhuǎn)移。(3)限制表面圍巖位移。組合構(gòu)件對(duì)巷道淺部圍巖起著一定的支護(hù)作用,防止錨桿間巖石冒落,限制巷道表面圍巖產(chǎn)生離層破壞,保證了錨桿支護(hù)體的完整性。
1.2護(hù)表網(wǎng)的作用
煤礦使用的護(hù)表網(wǎng)種類較多,主要有鋼筋網(wǎng)、菱形金屬網(wǎng)、經(jīng)緯網(wǎng)和塑料網(wǎng)等,現(xiàn)場(chǎng)使用較多的是菱形金屬網(wǎng),網(wǎng)的主要作用是:(1)支護(hù)作用。在網(wǎng)緊貼巷道表面時(shí),能對(duì)巷道表面提供0.01MPa的支護(hù)力[2],網(wǎng)在有效約束巷道表面圍巖變形的同時(shí),對(duì)深部圍巖也有良好的支護(hù)作用。有網(wǎng)時(shí)的巷道表面圍巖即使已被破壞,但不會(huì)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(wǎng)或網(wǎng)失效時(shí),巷道表面松散破碎圍巖會(huì)冒落,逐漸發(fā)展到巷道深部,導(dǎo)致巷道圍巖的整體失穩(wěn)。網(wǎng)的支護(hù)作用如圖1所示。(2)護(hù)表作用。巷道頂、幫采用護(hù)表網(wǎng)后,大幅增加了支護(hù)體的護(hù)表面積,與組合構(gòu)件一起,傳遞和擴(kuò)散錨桿的預(yù)應(yīng)力至巷道整個(gè)輪廓面,充分發(fā)揮錨桿支護(hù)性能。(3)防漏矸作用。網(wǎng)孔一般都較小,護(hù)表網(wǎng)可防止巷道淺表松散破碎圍巖的發(fā)展,避免擴(kuò)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(gòu)件中W、M鋼帶采用錨桿穿孔、壓網(wǎng)施工,支護(hù)的整體性和可靠性較高。網(wǎng)與網(wǎng)之間、網(wǎng)與鋼筋托梁之間的連接,一般采用較細(xì)的鐵絲人工連接,如菱形金屬網(wǎng)間、菱形金屬網(wǎng)與鋼筋托梁間采用14#鐵絲雙排連接;塑料網(wǎng)間及其與鋼筋托梁一般采用18#鐵絲雙排連接,一般連接點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建。人工連接時(shí),剪、連鐵絲和翻動(dòng)金屬網(wǎng),極易刮、刺傷人,而且松垮連接的鐵絲頭吊掛在網(wǎng)下,較大地影響巷道的觀感質(zhì)量,不利于安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的創(chuàng)建。(2)質(zhì)量差。人工采用鉗子或其他自制工具連接時(shí),連接點(diǎn)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(shí),更難保證連接質(zhì)量。(3)強(qiáng)度低。連接鐵絲的直徑遠(yuǎn)小于金屬網(wǎng)和鋼筋托梁,本身強(qiáng)度低,松垮的連接幾乎沒有連接強(qiáng)度,成為支護(hù)體的短板,容易首先從連接點(diǎn)出現(xiàn)網(wǎng)兜、破壞,從而造成巷道圍巖破壞、支護(hù)失效。
2連接強(qiáng)度分析
由以上分析可知,為提高錨桿支護(hù)體的整體性和強(qiáng)度,連接強(qiáng)度和質(zhì)量是關(guān)鍵。提高連接強(qiáng)度最簡(jiǎn)單有效的辦法是使用更粗鐵絲連接,但人工連接與金屬網(wǎng)線徑匹配的10#及以上規(guī)格鐵絲時(shí),難度極大。因此,亟需一種機(jī)械連接方式來保證連接質(zhì)量。
2.1粗鐵絲連接
鐵絲加工一般將熾熱的金屬坯軋成準(zhǔn)5mm粗的鋼條,再將其放入拉絲裝置內(nèi)拉成不同直徑,并逐步縮小拉絲盤的孔徑,進(jìn)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(qiáng)度??估可根據(jù)下式計(jì)算得出:式中:f為抗拉力,N;P為抗拉強(qiáng)度,因選用材質(zhì)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(wǎng)同規(guī)格或接近的鐵絲連接,可保證連接點(diǎn)強(qiáng)度,從根本上避免出現(xiàn)支護(hù)薄弱點(diǎn)。
2.2機(jī)械連接
煤礦井下工作空間相對(duì)狹小,金屬網(wǎng)的規(guī)格又較大,使用較粗硬的與金屬網(wǎng)同規(guī)格或接近的鐵絲人工連接時(shí),無法保證金屬網(wǎng)間、鋼筋托梁與金屬網(wǎng)間的緊實(shí),不能有效地約束巷道表面圍巖,起不到應(yīng)有的支護(hù)作用。因此,應(yīng)采用安全可靠的機(jī)械連接。目前連接機(jī)械種類較多,普通聯(lián)網(wǎng)機(jī)扣釘強(qiáng)度較低,抗拉力只有300~350N,連接強(qiáng)度仍與金屬網(wǎng)相差較大,且大多扣釘扭結(jié)角度小,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)常因被拉直、脫扣而失效。新型的LWQ-8型氣動(dòng)錨網(wǎng)連扣機(jī),采用槍型結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕,機(jī)械連網(wǎng)、操作簡(jiǎn)單。其扣釘能繞曲2圈及以上,輕松壓實(shí)繞緊金屬網(wǎng)與鋼筋托梁等構(gòu)件,保證了連接強(qiáng)度和質(zhì)量,較適用于煤礦井下各種網(wǎng)與鋼筋托梁等構(gòu)件間的連接。其主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。與LWQ-8型氣動(dòng)錨網(wǎng)連扣機(jī)配套使用的C型連網(wǎng)扣環(huán)釘,抗拉強(qiáng)度是普通同規(guī)格鐵絲的6~8倍,其標(biāo)準(zhǔn)抗拉力不小于1000N,檢測(cè)抗拉力均在1100N以上,最大達(dá)1500N,遠(yuǎn)高于其他連網(wǎng)機(jī)所用的扣釘強(qiáng)度,保證了連接強(qiáng)度??郗h(huán)釘主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。
3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(fēng)井立井井筒。7100材料道設(shè)計(jì)工程量1581m,煤層厚度3.4m,傾角21°~30°,平均23°,頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。巷道規(guī)格為寬×高=4700mm×2900mm,采用錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護(hù)。頂板和兩幫采用規(guī)格為準(zhǔn)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(gòu)件選用準(zhǔn)12mm鋼筋托梁,巷道頂板和兩幫分別使用10#金屬菱形網(wǎng)和1.2m×30m的高強(qiáng)塑料網(wǎng)護(hù)表;頂板采用規(guī)格為準(zhǔn)18.9mm×6250mm錨索加強(qiáng)支護(hù),每排2根,間排距1800mm×2700mm,錨索預(yù)緊力在160~200kN,檢測(cè)抗拔力為252kN。7100材料道支護(hù)斷面如圖2所示。
3.2效果分析
7100材料道使用機(jī)械連接技術(shù)后,因LWQ-8型氣動(dòng)錨網(wǎng)連扣機(jī)輕便、操作簡(jiǎn)單,連接質(zhì)量好、強(qiáng)度高、速度快,圍巖控制效果較好。(1)保證了連網(wǎng)安全。氣動(dòng)錨網(wǎng)連扣機(jī)連網(wǎng)機(jī)體積非常小巧、質(zhì)量很輕,可方便單手操作,減少了翻網(wǎng)、扭結(jié)和緊網(wǎng)等工序,消除了被鐵絲刮、刺傷人隱患,保證了現(xiàn)場(chǎng)連網(wǎng)安全。(2)消除了支護(hù)短板。配套使用的連網(wǎng)扣釘抗拉強(qiáng)度高,與金屬網(wǎng)的強(qiáng)度相匹配,大幅提高了連接強(qiáng)度,保證了連接質(zhì)量,使金屬網(wǎng)間、金屬網(wǎng)與鋼筋托梁間、塑料網(wǎng)與鋼筋托梁間連接緊密,消除了支護(hù)短板,保證了錨桿支護(hù)的整體性,有效地?cái)U(kuò)散和傳遞了錨桿的預(yù)應(yīng)力,提高了錨桿支護(hù)的圍巖控制效果。(3)提高了連網(wǎng)效率。人工連接時(shí),至少需要2人,連接1片菱形金屬網(wǎng)與鋼筋托梁需15min。采用氣動(dòng)錨網(wǎng)連扣機(jī)機(jī)械連接時(shí),1人3min即可完成連網(wǎng),工效提高了5倍。(4)提高了標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建水平。氣動(dòng)錨網(wǎng)連扣機(jī)連接質(zhì)量高,連接點(diǎn)緊密、間距均勻、簡(jiǎn)潔,非常美觀,保證了巷道的觀感質(zhì)量,提高了安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建水平。
4結(jié)語
人工連接金屬網(wǎng)與鋼筋托梁時(shí),因連接鐵絲細(xì)、連接質(zhì)量差、強(qiáng)度低,成為錨桿支護(hù)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(dòng)錨網(wǎng)連扣機(jī)連接,操作安全簡(jiǎn)便,保證了金屬網(wǎng)間、金屬網(wǎng)與鋼筋托梁間、塑料網(wǎng)與鋼筋托梁間的連接質(zhì)量,其配套扣環(huán)釘抗拉強(qiáng)度高,提高了連接強(qiáng)度,消除了錨桿支護(hù)薄弱點(diǎn),有效地?cái)U(kuò)散和傳遞了錨桿的預(yù)應(yīng)力,保證了錨桿支護(hù)的圍巖控制效果。
[參考文獻(xiàn)]
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作者:張委托 單位:江蘇徐礦能源股份有限公司張雙樓煤礦
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