錨噴支護技術(shù)在煤礦的應(yīng)用和發(fā)展

摘要：本文共分兩大部分：第一部分通過介紹錨噴支護的優(yōu)越性及目前存在的問題，闡述了錨噴支護現(xiàn)階段我國煤礦的使用現(xiàn)狀，第二部分提出三個加強和改進錨噴支護技術(shù)的措施，即安裝錨梁、錨桿注漿、錨索補強，闡述了錨噴支護技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：錨梁；錨桿注漿；錨索補強

0引言

錨噴支護與傳統(tǒng)的支撐式巷道支護相比，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性。目前，錨噴支護已成為煤礦井下巷道支護的重要形式，同時錨噴支護技術(shù)也是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，錨噴支護的成敗不僅與巷道支護設(shè)計、施工、支護材料質(zhì)量有關(guān)，而且與巷道所處的圍巖巖性有關(guān)。特別是對于由于軟巖產(chǎn)生的破壞，錨噴支護技術(shù)卓有成效。

1 錨噴支護優(yōu)越性

從理論上講，錨噴支護屬于“主動”支護，錨桿安裝后在圍巖內(nèi)部對圍巖進行加固，迅速形成一個圍巖--支護的整體承載結(jié)構(gòu)，能夠充分地利用圍巖自承能力，減小圍巖變形，防止離層和片幫，改善巷道的穩(wěn)定。

巷道開挖后，破壞了原有巖體的力學(xué)平衡狀態(tài)，引起巷道周圍的巖石產(chǎn)生位移和應(yīng)力的重新分布，出現(xiàn)了頂板下沉、底板鼓起、兩幫移近及片幫冒頂?shù)痊F(xiàn)象。這些現(xiàn)象出現(xiàn)的時間、形式、及程度，與圍巖所處的地質(zhì)條件和物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。假定巷斷面為拱形，錨桿依次安裝后，錨固端與墊板之間會形成壓縮帶。壓縮帶在巷道圍巖內(nèi)形成后，如同完整碹體，它與巷道幫頂?shù)纳畈繃鷰r緊密嚙合。錨桿壓縮帶形成的碹體與巷道內(nèi)襯混凝土碹、其它框形支架相比，有更好的抗壓性能，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象?？梢婂^桿支護不僅成本，而且有很大的支撐力與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2錨噴支護技術(shù)存在的問題

實踐證明，在支護安裝前后，由于應(yīng)力差的影響，都會產(chǎn)生巷道圍巖變形，使噴體與外層圍巖呈受壓狀態(tài)，即：巷道圍巖會產(chǎn)生切向應(yīng)力。當(dāng)圍巖切向的壓應(yīng)力超過圍巖的單軸抗壓強度時就會產(chǎn)生變形或斷裂。

錨噴支護巷道圍巖受壓所呈現(xiàn)的斷裂破壞，通常首先是發(fā)生在拱頂部位。斷裂裂口碎屑脫離噴體后，裂口兩側(cè)的切向壓力立即緩解，促使圍巖向巷內(nèi)移近，錨桿拉力相應(yīng)增大，桿體增長。圍巖變形由于斷裂裂口存在，隨圍巖切向應(yīng)力會向深部轉(zhuǎn)移，促使斷裂現(xiàn)象向深部發(fā)展，新的斷裂碎屑在擠壓過程中使外部斷口擴大變寬甚至造成巖塊脫落，桿體外端裸露。由于圍巖變形，壓應(yīng)力繼續(xù)向外層圍巖轉(zhuǎn)移，斷裂繼續(xù)向深部發(fā)展，導(dǎo)致錨桿切向載荷增加，使桿體呈彎曲變形導(dǎo)錨桿失效。

3 改進錨噴支護技術(shù)

3．1安裝錨梁緩和拱頂切向應(yīng)力

錨梁是由鋼梁和錨桿組成的支護結(jié)構(gòu)體系， 其中鋼梁為受彎構(gòu)件， 錨桿能深入到比較穩(wěn)定的巖體， 用于固定鋼梁， 并把錨梁所承受的荷載傳遞到深部較穩(wěn)定巖層中， 且錨桿具有一定的可縮性， 使得錨梁成為具有一定可縮性的倒梯形支架[1]。

根據(jù)圍巖移動原理或應(yīng)力集中的原理，都可以得出同樣的結(jié)論--拱頂部有強大的切向應(yīng)力造成拱頂圍巖擠壓破壞，甚至可以導(dǎo)致錨桿支護體崩潰。如果在拱頂部位安設(shè)1根錨桿梁，將有利于緩解拱頂圍巖切向應(yīng)力和防止破壞向深部發(fā)展見圖1，固定錨梁的錨桿與巷道中心呈對稱安裝后，與錨桿張力F1、F2相平衡是錨梁對頂板的支承力F3，F(xiàn)3不僅有助于降低圍巖的切同應(yīng)力，還可以有效防止冒頂事故。

另外，錨梁與固定錨梁的錨桿安裝后，兩根錨桿的拉力F1、F2在錨固端可以分別分解成F1′、F1″擴及F2′、F2″。其中F1′、F2′可將巖梁的壓力傳遞給巷幫深部的巖體，這對防止巷道變形是有利的?？傊?，由于錨梁的存在，要以阻止頂板圍巖的切向應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，防止裂隙向深部發(fā)展，保持拱頂?shù)耐暾鞣€(wěn)定，使錨桿支護形成的壓縮帶，成為一個始終完整的承壓結(jié)構(gòu)。因此，在松軟的巖層中掘巷，用錨梁加固幫頂，可防止幫頂圍巖碎屑脫落。

錨梁支護材料重量輕、體積小，運輸、操作方便， 錨梁支護不再保留上肩部的三角煤，避免了等勁空頂時間，因此，支護效果好[2]。

采用29U 型鋼可縮性支架每米支護成本7100元， 而采用錨梁支護需要3300元。每米進尺節(jié)約成本3800元。

3.2管式注漿錨桿代替普通樹脂錨桿

注漿錨桿將高標(biāo)號水泥與新型粘合劑混合液注入錨桿自由伸縮段（未錨固段）與巖體的間隙，可使圍巖形成一個整體，大大增強圍巖抗剪切力，對控制巖體的剪切破壞起到很大的作用，有效地控制巖體變形。一方面可加固巷道周邊的破裂巖體， 提高圍巖的自承能力另一方面， 可改善破裂巖體的結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能， 最大限度地發(fā)揮錨桿的錨固作用[3]。

設(shè)備如圖所示：

525#普通硅酸鹽水泥；2）ANG21新型粘結(jié)劑；3）管式錨桿，外徑21mm，長1800mm，麻花頭；4）風(fēng)鉆（鉆頭直徑45 mm）；5）QB150型注漿泵一臺，攪拌桶一套；6）排氣管（內(nèi)徑6 mm塑料管）；7）海帶。

采取如下的施工工藝

用風(fēng)鉆在巖幫上鉆孔，孔深1700 mm；2）將錨桿插入孔內(nèi)，將孔口用海帶或棉紗堵好（孔口插有一根200 mm長的塑料排氣管）；4）將漿液按比例配好，用注漿泵將漿液注入，排氣管流出漿液時，表明孔里已注滿，即可停止；5)凝固8小時即可上托盤，緊固到規(guī)定要求。

采用錨稈注漿每米1900元，大大了節(jié)約了成本，而且提高了頂煤回收率。

3.3錨索補強

錨索加固是采用有一定彎曲柔性的鋼絞線通過預(yù)先鉆出的孔以一定的方式錨固在圍巖深部， 外露端由工作錨通過預(yù)張拉對工程圍巖進行加固補強的一種手段， 其特點是錨固深度大， 承載能力高， 可施加較大的預(yù)緊力， 因而可獲得比較理想的支護效果， 是目前最可靠最有效的一種手段[4]。由于錨索的錨固點在上位穩(wěn)定巖層上， 根據(jù)懸吊理論， 使下位巖層的重量通過錨索懸吊在上位穩(wěn)定巖層中， 起到了懸吊頂板的作用， 同時由于錨索預(yù)緊力作用， 對已有的錨桿支護的下位巖層進行組合、加固[5]。如圖所示。

打錨索并鎖緊后，錨索將集中應(yīng)力以45°壓力分布線傳遞至支護結(jié)構(gòu)上。應(yīng)力作用使圍巖產(chǎn)生壓縮，松散圍巖在錨索的彈性壓縮下形成較大的“承載拱”，提高了圍巖整體性和內(nèi)壓抗力，增加其強度，其它力學(xué)性能也得到了發(fā)改善，有效地控制了圍巖的有害破壞的發(fā)展，增加了圍巖的穩(wěn)定性。

錨索支護技術(shù)能將結(jié)構(gòu)物與圍巖連接在一起共同作用，使圍巖發(fā)揮更大的承載作用，有利于表面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，巖層能夠更有效地承受拉力和剪力，其作用范圍、作用力和效果比錨桿支護大得多。

采用錨索補強加固技術(shù)后， 沒有發(fā)生一例漏頂事故， 頂板支護狀況得到了改善， 頂板兩幫礦壓顯現(xiàn)減弱， 減少了巷道二次支護， 降低了巷道的維護量。每米可節(jié)約材料費225. 65 元， 人工費57. 5 元[4]。

總結(jié)

煤礦井下的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，任何一種支護都不是靈丹妙藥，在一定條件，某一種支護效果很好，換一個地質(zhì)條件，支護效果就很差，所以支護措施就要有選擇性、針對性。本文提出三個加強和改進錨噴支護技術(shù)的措施，即安裝錨梁、錨桿注漿、錨索補強。通過理論分析三個支護技術(shù)切實可行，不僅解決了實際問題保證巷道的穩(wěn)定和安全，而且還節(jié)約成本，是錨噴支護技術(shù)的新發(fā)展。

參考文獻

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