鋼帶錨桿對(duì)破碎頂板支護(hù)的應(yīng)用

宋 強(qiáng)

(杏兒溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西大同 037103)

鋼帶錨桿對(duì)破碎頂板支護(hù)的應(yīng)用

宋 強(qiáng)

(杏兒溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西大同 037103)

該文闡述了鋼帶錨桿的結(jié)構(gòu)、布置形式及參數(shù)選擇，施工技術(shù)管理。并針對(duì)杏兒溝煤業(yè)有限責(zé)任公司礦井煤巷頂板錨桿支護(hù)在遇到巷道頂板破碎時(shí)采用錨桿加鋼帶支護(hù)，能夠有效控制頂板，確保安全生產(chǎn)。鋼帶錨桿支護(hù)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在煤巷頂板破碎條件下應(yīng)用，在實(shí)踐應(yīng)用中值得借鑒。

鋼帶錨桿;支護(hù)機(jī)理;頂板破碎;有效控制

1.引言

杏兒溝煤業(yè)有限責(zé)任公司礦井生產(chǎn)規(guī)模為90萬(wàn)t/a，礦井巷道沿煤層布置，巷道頂板一直延用普通樹(shù)脂錨桿支護(hù)，至2011年底，礦井錨桿支護(hù)巷道累計(jì)達(dá)45000m。特別是自2003年該礦生產(chǎn)轉(zhuǎn)入二、三水平開(kāi)采(7號(hào)、11號(hào)、14號(hào)煤層)后，由于煤巷頂板較一水平破碎，使用單一普通樹(shù)脂錨桿支護(hù)經(jīng)常出現(xiàn)漏頂、托板懸吊以及形成孤立錨桿等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)錨桿與錨固頂板整體垮落現(xiàn)象，錨桿失效，巷道維修量大，維護(hù)費(fèi)用高，鑒于此，我們?cè)褂缅^桿掛金屬網(wǎng)支護(hù)頂板，但在較破碎地點(diǎn)只起護(hù)頂作用，巷道頂板支護(hù)后，金屬網(wǎng)銹蝕，且受采動(dòng)影響頂板壓力增大時(shí)，仍會(huì)出現(xiàn)扯網(wǎng)漏頂現(xiàn)象，效果不理想。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，在頂板裂隙發(fā)育，較破碎的情況下，使用具有剛性的鋼帶代替柔性金屬網(wǎng)，配合樹(shù)脂錨桿進(jìn)行頂板支護(hù)，能夠滿足支護(hù)要求，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，降低巷道維修費(fèi)用。鋼帶錨桿特別是在服務(wù)年限較長(zhǎng)頂板破碎的煤巷支護(hù)應(yīng)用是可行的。

2.鋼帶錨桿

2.1 支護(hù)機(jī)理

巷道掘進(jìn)后，圍巖應(yīng)力集中，強(qiáng)度降低，并逐漸開(kāi)始破裂，破裂的巖體向巷道內(nèi)移動(dòng)，破裂帶則向深部發(fā)展，破裂帶逐步失去支撐應(yīng)力的能力，直至冒落。錨桿支護(hù)的功能在于它與圍巖共同形變時(shí)，對(duì)巖體離層及節(jié)理面有抑制作用，因而對(duì)頂板和兩幫的變形起一定的約束作用，能夠較早地抑制圍巖的移動(dòng)和破裂帶的擴(kuò)展，使巖體強(qiáng)度不致喪失過(guò)多。錨桿支護(hù)其總的作用效果適用于懸吊理論、組合梁理論和減跨理論以及加固拱作用理論等。但錨桿實(shí)際上加固作用是分布不均的，其具體表現(xiàn)為在頂板破碎，巖層層理、節(jié)理發(fā)育，兩幫煤體松軟的巷道，采用單一錨桿支護(hù)，受采動(dòng)影響，控制不住錨桿間頂板巖體破壞跨落，逐步向深層發(fā)展，往往形成孤立錨桿，支護(hù)失敗，起不到控頂作用。因此，在有偽頂和頂板節(jié)理發(fā)育的巷道，不僅要求單根錨桿錨固力足夠，而且要求對(duì)頂板巖面有足夠的分布支撐能力。錨桿配合金屬網(wǎng)支護(hù)能起到護(hù)頂作用，使得頂板不至于過(guò)早破壞而形成組合梁自身分布支撐能力，然而金屬網(wǎng)為柔性，只能被動(dòng)支護(hù)頂板，且易銹蝕，扯網(wǎng)漏頂現(xiàn)象仍然存在。鋼帶錨桿支護(hù)是錨桿內(nèi)部集中應(yīng)力加固方式與鋼帶組合分布支撐力加固方式的有機(jī)結(jié)合，其作用是主動(dòng)支撐頂板，使頂板圍巖受力變形均勻，避免出現(xiàn)局部松動(dòng)破裂或漏頂、錨桿孤立現(xiàn)象，因而能夠有效控制破碎頂板。

2.2 應(yīng)用實(shí)例

2.2.1 在二水平301盤(pán)區(qū)變電室，硐室凈寬4.5m，長(zhǎng)30m，高2.5m，布置在7號(hào)煤層中，硐室見(jiàn)頂見(jiàn)底，煤層直接頂厚1.5m，為砂質(zhì)頁(yè)巖，層理、節(jié)理發(fā)育，老頂為砂巖，底板為砂質(zhì)頁(yè)巖與細(xì)砂巖互層，硐室頂板較破碎，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》對(duì)電器硐室必須用不燃性材料支護(hù)的要求，硐室兩側(cè)砌370mm磚墻隔離煤層，頂板支護(hù)采用φ18mm×1800mm普通鋼體樹(shù)脂錨桿，呈矩形方格布置，間距0.8m，配合鋼帶支護(hù)，牢牢地控制住破碎頂板的冒落，巷道頂板沒(méi)有發(fā)生下沉，保持了頂板的完整穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2.2 在三水平402盤(pán)區(qū)變電室硐室，硐室凈寬4.5m，長(zhǎng)20m，高3.0m，布置于14號(hào)煤層盤(pán)區(qū)運(yùn)輸上山與材料上山之間煤柱中，硐室見(jiàn)頂見(jiàn)底。煤層直接頂為1.2m厚的灰白色砂質(zhì)頁(yè)巖，夾黑色泥巖，節(jié)理發(fā)育，老頂為7m厚的白色中砂巖，底板為灰白色砂巖。由于直接頂較薄，因而利用φ16mm×1700mm普通鋼體樹(shù)脂錨桿呈矩形布置，間距0.8m支護(hù)頂板。硐室開(kāi)始投入使用的前半年，頂板控制較好，沒(méi)有下沉和破碎現(xiàn)象，后半年，由于受上部近距離12號(hào)煤層采動(dòng)壓力影響，硐室頂板開(kāi)始明顯破碎、掉碴、有形成孤立錨桿的趨勢(shì)。運(yùn)輸上山壓力顯現(xiàn)為局部直接頂錨固巖層整體垮落。通過(guò)對(duì)硐室及時(shí)補(bǔ)打錨桿并同時(shí)加設(shè)鋼帶配合控頂，制止了頂板的下沉掉渣和冒落，確保了安全使用。

2.3.鋼帶錨桿的結(jié)構(gòu)、布置形式及參數(shù)選擇

2.3.1 結(jié)構(gòu)

鋼帶錨桿主要有桿體、樹(shù)脂藥包、鑄鐵托板、鋼帶、墊圈和螺母等組成。錨桿體由普通圓鋼制作，桿體直徑 φ=16mm～20mm，桿體長(zhǎng) L=1500mm～1800mm，桿體插入孔底一端做成反麻花狀，距桿體頂端220mm處焊接一個(gè)直徑38mm的擋圈，桿體外露端成螺紋狀，以利用墊圈和螺帽緊固。樹(shù)脂藥包是將裝有固化劑和填料拌合物的藥包置于裝有樹(shù)脂，加速凝劑和填料的塑料袋中封口而成。托板為鑄鐵，長(zhǎng)250mm，寬100mm，厚30mm ～15mm，中部厚、兩邊薄。中間有安裝孔，其直徑d1=d+2mm，與桿體直徑d相匹配，便于安裝。鋼帶以型帶鋼或廢舊刮板溜槽、舊鋼板邊角料加工而成。其規(guī)格要求寬度和厚度按照頂板破碎程度和承載而定，一般取寬度100mm，厚度5mm～10mm，長(zhǎng)度按錨桿間距D確定，其長(zhǎng)取D+100mm.鋼帶兩端打孔如圖1所示，孔徑與托板孔徑d1相等。兩孔形狀不一，主要是防止頂板不平或打孔時(shí)出現(xiàn)誤差，以利安裝。

圖1 鋼帶示意圖

鋼帶錨桿的安裝順序是先將藥包送入孔內(nèi)，再將做好孔深標(biāo)記的桿體插入孔中將藥包推送至孔底，由電鉆攪拌凝固，然后上鋼帶，再上托板、墊圈、螺母，并用力矩扳手?jǐn)Q緊錨桿螺母。由于鋼帶要求連接。因此，一根錨桿要固定幾條鋼帶，使得鋼帶與頂板之間有間隙，為此，間隙要用木楔背緊。

2.3.2 布置形式

根據(jù)頂板的性質(zhì)，錨桿可排列成矩形，五花形。矩形適用于頂板較破碎的巖層，五花形適用于頂板破碎的巖層。錨桿的錨入方向應(yīng)與頂板巖層面成較大的角度相交，矩形巷道應(yīng)與頂板垂直。鋼帶布置是由錨桿形式所決定的。當(dāng)錨桿布置成矩形時(shí)，鋼帶則布置成“井”字形;當(dāng)錨桿布置成五花形時(shí)，鋼帶則布置成“菱”形或“正三角”形或兩者混合布置。“正三角”形布置鋼帶較密，適用于頂板裂隙發(fā)育。

2.3.3 參數(shù)選擇

鋼帶錨桿支護(hù)參數(shù)可根據(jù)實(shí)地巷道地質(zhì)條件利用工程類比法確定，并進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，采用試驗(yàn)的方法確定參數(shù)。

a、對(duì)于非層狀巖層，錨桿應(yīng)伸到冒落拱外的巖石中去，錨桿長(zhǎng)度、間距用加固拱原理驗(yàn)算。

式中：W巷道跨度，m;

dE巖層節(jié)理間距，m;

N圍巖穩(wěn)定影響系數(shù)，穩(wěn)定性較差N=1.1，不

穩(wěn)定取N=1.2;

D錨桿間距，m。

b、對(duì)于層狀巖層，錨桿長(zhǎng)度，間距可用懸吊理論驗(yàn)算：

K安全系數(shù)，取2;

H軟弱巖層厚度，m;

L1錨桿錨入堅(jiān)固穩(wěn)定巖層深度，一般不小于0.3m;

L2錨桿外露長(zhǎng)度，鋼帶錨桿取0.15m。

式中：D錨桿間距，m;

Q錨桿錨固力或桿體拉斷力中的較小值，t;

r軟弱巖層平均容重，t/m3。

c、錨桿體直徑用下式驗(yàn)算

L錨桿長(zhǎng)度，mm。

3.施工技術(shù)管理

鋼帶錨桿應(yīng)用，除正確確定支護(hù)參數(shù)并保證施工質(zhì)量外，還要做好以下工作：

a.采用鋼帶錨桿支護(hù)的巷道，要求提供比較精確的頂板地質(zhì)資料，如巖性、厚度、堅(jiān)固性、裂隙、軟弱夾層等參數(shù)，以利錨桿參數(shù)及布置形式確定。

b.巷道施工過(guò)程中堅(jiān)持使用臨時(shí)支護(hù)。巷道頂板暴露，先進(jìn)行帶帽木支柱臨時(shí)支護(hù)，防止早期頂板離層松動(dòng)或冒落.保證頂板完整性。

c.對(duì)錨桿進(jìn)行錨固力拉拔試驗(yàn)，檢驗(yàn)有關(guān)參數(shù)，使錨桿有足夠的支撐能力。

d.鋼帶錨桿要經(jīng)常檢查維修。安裝好的鋼帶錨桿檢查其鋼帶、托板、螺母是否松動(dòng)，其松動(dòng)原因由爆破震動(dòng)或端頭蠕變而引起，如有松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)擰緊螺母、打緊背楔。如發(fā)現(xiàn)錨桿失效，要及時(shí)補(bǔ)打，并重新安裝鋼帶錨桿，確保支護(hù)質(zhì)量。

4.結(jié)束語(yǔ)

杏兒溝煤業(yè)有限責(zé)任公司煤巷頂板錨桿支護(hù)，主要用于沿水平布置的運(yùn)輸、回風(fēng)巷道和盤(pán)區(qū)準(zhǔn)備巷道，這些巷道斷面多為矩形，服務(wù)年限較長(zhǎng)，布置在煤層中，見(jiàn)頂見(jiàn)底。在遇到巷道頂板破碎時(shí)加鋼帶支護(hù)，能夠有效控制頂板，確保安全生產(chǎn)。鋼帶錨桿支護(hù)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在煤巷頂板破碎條件下應(yīng)用，理論上有待進(jìn)一步提高完善，但在實(shí)踐中值得借鑒。

Applications of Steel－ belt Anchor to the Broken Roof＇s Support

SONG Qiang

(Xing＇er Gou Coal Industry Co.，Ltd，Datong 037103，China)

In this paper，steel－beltanchor structure，layout，preferences and construction technology management are described.The general roof anchor becoming steel－belt anchor in the situation of broken roof in the Xing＇er Gou Coal Mine，it can effectively control the roof and ensure safety in production.The method of support with steel－belt anchor is economical and practical when it is used in the situation of broken proof，and it is good for reference in practical application.

steel－belt anchor;support mechanism;broken proof;effective control

TD353+.6 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

1671－3974(2011)03－0073－03

2011－05－25

宋強(qiáng)(1963－)，男，大學(xué)，大同市杏兒溝煤業(yè)有限責(zé)任公司總經(jīng)理。