液壓錨桿鉆機在二號井頂板錨索施工中的應用

山西長平煤礦有限公司勘探二、五級開采孔生產能力為120萬噸a。該井于2000年8月開始建設，于2003年10月1日完成。首采工作面巷道采用錨、網、索聯合支護形式,巷道設計為矩形斷面3.2m×3.3m,沿3#煤層底板留頂煤掘進施工。而在煤巷錨桿支護技術中,施工機具起著非常重要的作用,直接影響著錨桿支護巷道的施工質量和施工進度。因此,選擇一種適應巷道圍巖配套的理想機具是提高錨桿支護巷道單進水平的關鍵因素之一。12號井噴丸保護配置1.1延長錨固長度錨桿為20#左旋無縱筋螺紋鋼筋,長度2.4m,樹脂加長錨固。采用鋼筋托梁和塑料網護巷,錨桿排距0.9m,每排4根錨桿,間距0.9m。錨索D15.24mm,長度8.3m,樹脂加長錨固,每2.7m打一根。1.2胡同防護錨桿為20#左旋無縱筋螺紋鋼筋,長度2m,樹脂加長錨固,配用鋼筋托梁和塑料網,錨桿排距0.9m,每幫3根。1.3頂為質質泥巖的巖石組構模型3#煤層厚度為4.56～5.95m,平均4.8m,普氏系數f<1;煤層偽頂為0.75m厚的炭質泥巖,f=1;直接頂為砂質泥巖,厚度2.8m,鈣質膠結,完整性較好,f=4～5;之上為1.2m厚的泥頁巖,f=4;再上為2m厚的砂質泥巖或砂巖,f=4～6;老頂為砂巖或粉砂巖,十分堅硬,6≤f≤10。2問題和原因分析2.1錨桿錨索支護施工在二號井首采面綜掘隊組施工巷道以前,2002年8月份組織中煤三十一處建井施工隊在首采工作面巷道開口段分別用MQT130型風動錨桿鉆機和MQT85J2型風動錨桿鉆機進行錨桿錨索施工。經過連續兩個多月的實踐,從井下現場情況來看,錨桿支護速度較快,而錨索支護卻因打眼施工比較困難,進度緩慢,平均每打一個8m深的錨索眼就需要3～4h,嚴重影響了巷道掘進速度。2.2現場應用的錨索鉆機普氏系數對支護打眼質量的影響由二號井的地質柱狀圖可知,二號井錨索D15.24mm×8000mm要求深入到穩定砂巖或粉砂巖1m以上,由于直接頂砂質泥巖的硬度較大,普氏系數可達4～6,老頂砂巖或粉砂巖普氏系數可達6以上,這是造成錨索支護打眼施工比較困難的直接原因。從現場錨索施工機具可知:中煤三十一處所用的MQT130型風動錨桿鉆機為老式產品,經調研這種鉆機因其扭矩小、推力低、噪聲大,廠家已不生產,由新型MQT60型錨桿鉆機取代。而MQT85J2型錨桿鉆機技術性能雖比MQT130型鉆機有較大進步,但從現場施工情況來看,打眼安裝頂、幫錨桿還可以,對二號井頂錨索施工卻不太適用。3綜掘錨網支護施工從二號井錨索施工困難的原因可知:頂板巖性較硬是客觀條件,而錨桿鉆機扭矩小、推力小、鉆進速度慢無法適應綜掘錨網支護快速施工的要求。為了改變二號井錨索施工打眼十分困難的現狀,成立了錨桿支護攻關小組,對錨桿支護技術及機具進行了大量的調研工作,選擇了MYT—100S型液壓錨桿鉆機,并于2002年11月～12月期間在二號井進行了井下試驗,試驗表明這種液壓錨桿鉆機是二號井頂板硬巖錨索施工理想的配套鉆具。3.1鉆孔切削機構設計液壓錨桿鉆機是采用全液壓控制,由輔助液壓泵提供壓力。整機由主機和液壓泵兩部分組成。主機分為切割機構、操縱機構和輔助支腿機構及配套液壓泵站,泵站輸出的壓力油通過高壓軟管送到主機的操縱機構,由操縱機構控制推進支腿的升降及切割機構的運轉而達到鉆孔切削作用。除塵水經水閥直接進入供水機構作傳動冷卻,并再通過鉆桿、鉆頭實施降塵。3.2液壓錨桿鉆機破巖速度和支護效果2002年11月～12月進行了井下試驗,液壓錨桿鉆機打1個8m深的錨索眼一般用時為25～45min,大大縮短了錨索施工打眼時間,直接頂或老頂的砂巖或粉砂巖,風動錨桿鉆機破巖速度平均為10mm/min,而液壓錨桿鉆機破巖速度平均為40mm/min,鉆進速度提高了4倍,縮短了錨索支護和安裝時間,而且在試驗過程中,液壓錨桿鉆機配套泵站抗磨液壓油油溫穩定,未發現油溫升高和液壓油變質乳化現象,液壓錨桿鉆機運轉平穩,性能良好。3.3單孔鉆技術特征指標錨桿鉆機技術指標,見表1。4結論和建議4.1風動錨桿鉆機特點(1)錨索在井巷工程中的用量越來越大,液壓錨桿鉆機和配套液壓泵站重量輕,搬遷方便,施工地點只要有電源,即可使用,因而其適用范圍越來越大。不但適用于巷道掘進,也適用于零散作業地點的巷道維修工作。(2)液壓錨桿鉆機扭矩大、推力大,適用于頂板圍巖普氏系數6≤f≤10的硬巖鉆進,與合金鋼巖石鉆頭相配套鉆探硬巖是一種理想的鉆具,可提高鉆進速度,降低職工勞動強度。(3)液壓錨桿鉆機施工時無粉塵、噪聲低、易操作,這是風動錨桿鉆機最不可比的優點,工人作業環境大為改善。(4)液壓錨桿鉆機由于其扭矩大可以提高支護質量,使錨桿、錨索都有一定的預緊力,與扭矩螺母相配套大大改善錨桿支護效果。且由于其鉆進速度快,使錨索能夠緊跟工作面迎頭支護,保證錨桿支護巷道的安全可靠性。(5)高產高效工作面巷道長一般在1500～3000m之間,掘進長度大,采用風動錨桿鉆機沿途風壓損失大,且管路安裝附屬工程量大,工人勞動強度大,由于風壓的損失大距離越長越不能同時多鉆孔作業,液壓錨桿鉆機解決了這一技術難題,實現長距離錨桿、錨索能夠同時平行作業,提高了巷道掘進施工速度。4.2液壓錨桿操作要點(1)液壓錨桿鉆機由于長期在高溫油環境下作業,密封圈易損,建議廠家使用高質量密封圈,以減少泄液事故發生。(2)液壓錨桿推力大,扭矩大,操作時氣腿不易控制,開眼位時鉆桿擺動大,操作前必須先培訓,經考試合格