預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)的研究與試驗

龐振興

摘 要：采用預(yù)應(yīng)力錨索加固頂板的成功經(jīng)驗，給我們帶來思想啟迪。經(jīng)采用工程類比法，選擇預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，是比較理想的支護(hù)，達(dá)到了設(shè)計目的和生產(chǎn)要求，為紅陽三礦半煤巖巷支護(hù)取得了寶貴的實踐經(jīng)驗，具有廣泛的推廣意義。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨 索 錨網(wǎng) 鋼帶 聯(lián)合支護(hù) 研究

中圖分類號：TD353+.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0087-02

紅陽三礦于1997年在北一下采區(qū)1202工作面成功使用了錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)。1202工作面，上、下順槽不需維修。根據(jù)下采區(qū)上、下順支護(hù)的成功經(jīng)驗，我們在北一上采區(qū)上、下段采區(qū)半煤巖巷仍然采用錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)，效果良好，但在施工上采下段集中運輸巷過程中，多次過斷層，頂板下沉量較大，底板出現(xiàn)底鼓，鋼帶壓斷，部分頂板錨桿托盤脫落，失去支護(hù)作用，甚至有冒落段現(xiàn)象。如何解決掘進(jìn)施工中地質(zhì)條件復(fù)雜、構(gòu)造多、圍巖應(yīng)力較大半煤巖巷的支護(hù)，是我們要解決的又一問題。為此我礦引進(jìn)了預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)，用以加固頂板，抑制頂板下沉。經(jīng)過20d的觀察量測，已打完錨索頂板狀態(tài)穩(wěn)定，保持完整，取得了良好的支護(hù)效果。

綜上所述，研究新的支護(hù)技術(shù)是我們面臨的新課題，采用預(yù)應(yīng)力錨索加固頂板的成功經(jīng)驗，給我們帶來思想啟迪。經(jīng)采用工程類比法，選擇預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，是比較理想的支護(hù)。

1 北二上采膠帶下山試驗工程概況

1.1 地質(zhì)概況

1.1.1 煤層

7煤為復(fù)合煤層，由7-1煤、7-2煤和7-3煤組成。7-1煤平均厚0.34 m；夾矸泥巖，平均厚0.76 m；7-2煤平均厚0.41 m；夾矸泥巖，平均厚0.17 m；7-3煤平均厚1.11 m。

1.1.2 頂板

7-1煤頂板為黑色泥巖，平均厚0.50 m；其上依次為泥巖、粉砂巖互層，平均厚10.70 m；細(xì)砂巖，平均厚7.60 m。

1.1.3 底板

7-3煤底板為粉砂巖，平均厚0.15 m；其下為中砂巖，平均厚8.0 m。

1.1.4 堅固性系數(shù)

7-1煤頂板泥巖、粉砂巖，f=2.7～4.5；7煤，f=0.3；7-3煤底板中砂巖，f=6.2。

1.1.5 構(gòu)造

以小斷層為主，均為正斷層。其中有落差5 m的斷層一條，落差1.5 m的斷層1條，落差均小于1 m的斷層7條。斷層均與巷道斜交。

1.2 設(shè)計概況

北二上采膠帶下山設(shè)計全長840 m，斷面為矩形，掘進(jìn)斷面11.8 m2，設(shè)計為預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，沿7#煤頂板掘進(jìn)。見圖1所示。

2 預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)在半煤巖巷中具體應(yīng)用

2.1 預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)參數(shù)選擇

2.1.1 錨桿參數(shù)選擇

錨桿支護(hù)欲要發(fā)揮出優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，科學(xué)地選用錨桿是十分關(guān)鍵的問題，根據(jù)其它煤炭企業(yè)的經(jīng)驗，結(jié)合臨近礦區(qū)的地質(zhì)情況，我礦最后選用了螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿端頭用2支樹脂錨固劑固定在孔底煤巖中。

根據(jù)實踐經(jīng)驗和現(xiàn)場對錨桿的量測，經(jīng)過充分的論證，在特邀專家煤炭科學(xué)院北京開采所鮑海山教授指導(dǎo)下，桿體選用20 mnsi普通Ⅱ級螺紋鋼筋，直徑φ22 mm，頂錨桿長度2.2 m，頂角錨桿長與水平呈70 °，與法向呈20 °角，其它錨桿均垂直頂板。幫錨桿1.6m。上、下幫錨桿與水平呈15 °角，其它幫錨桿垂直巷幫。錨桿螺母預(yù)緊程度以采用12#搬手人力擰不動為準(zhǔn)。

2.1.2 錨索參數(shù)選擇

索線是由7股6 mm鋼絲扭束組成，托盤為厚20 mm鋼板，規(guī)格為300 mm×300 mm。索線上端頭用3支樹脂錨固劑固定在孔底巖石中。

錨索的長度主要考慮兩個因素：錨索上端頭固定在比較堅硬的巖層內(nèi)；上端頭應(yīng)超過圍巖松弛范圍2 m，這樣可以充分發(fā)揮錨索的作用。

選擇穩(wěn)定堅硬巖層，主要根據(jù)地質(zhì)資料、已揭露巖層、及打錨索孔時的打眼鉆進(jìn)情況確定。根據(jù)紅陽三礦巖層特點，一般固定在粉砂巖層中，而不固定在泥巖中。

巖層松馳范圍主要根據(jù)頂板離層觀測及周圍巖石巷道施工中揭露巖層情況確定，通過綜合分析，北二上采膠帶下山的松弛范圍推測2.5 m左右，而錨索上端頭應(yīng)錨固在超出松動圈范圍2 m。

通過上述推斷，選用5 m長錨索，呈五花布置，角度如圖1示。在有構(gòu)造區(qū)段應(yīng)適當(dāng)加密布置。

施加預(yù)應(yīng)力采用YCD-180型電動油壓千斤頂，額定拉力18 t，行程150 mm。張拉索線預(yù)應(yīng)力達(dá)到14 t。

2.1.3 金屬網(wǎng)、鋼帶參數(shù)選擇

錨桿（錨索）及其托盤將金屬網(wǎng)緊壓在巷道的周壁上，把巷道頂幫背嚴(yán)，錨桿（錨索）與背網(wǎng)形成一個相互連接的、完整的支護(hù)體，這種支護(hù)體可以在圍巖有較大變形的情況下，使巷道周壁保持完整。金屬網(wǎng)目一般為70 mm×80 mm。鐵絲規(guī)格一般不小于10#；鋼帶的加工由為φ14 mm的鋼筋對接焊制的強(qiáng)度。

根據(jù)錨桿（錨索）錨固力測試情況，錨桿（錨索）的間排距我們確定為700 mm ×800 mm，錨桿（錨索）為矩形布置。

2.2 錨桿（錨索）施工

2.2.1 錨桿（錨索）施工

按錨桿（錨索）的布置方式，使用錨桿機(jī)打錨桿（錨索）眼。由于受巷道高度限制，使用套釬打眼。安裝時先用錨桿（錨索）把樹脂錨固劑送到孔底，在送遞過程不能用力過大，以防破壞樹脂錨固劑，送上以后，用錨桿機(jī)驅(qū)動錨桿（錨索）旋轉(zhuǎn)，使樹脂錨固劑均力攪拌，上升錨桿機(jī)，使錨桿（錨索）上端頭到達(dá)眼底，待樹脂錨固劑與索線、眼壁巖石成為一體，再卸下錨桿機(jī)。endprint

2.2.2 錨索預(yù)應(yīng)力的施工

施加預(yù)應(yīng)力采用YCD-180型電動油壓千斤頂。當(dāng)油壓千斤頂卡住索線后，千斤頂推進(jìn)索頭及托盤上升，張拉索線預(yù)應(yīng)力達(dá)到14噸，千斤頂卸載，索頭因自身逆止機(jī)構(gòu)作用使托盤及自身固定于索線上千斤頂加載時推至的位置，不能回退。

2.2.3 錨桿（錨索）施工中注意的問題

一是用錨桿（錨索）推送樹脂錨固劑過程中，易破壞樹脂錨固劑，使錨桿（錨索）送不到預(yù)定位置而被卡住，發(fā)生這種情況需要抽出錨桿（錨索），使用套釬并將錨桿機(jī)施工用水開至極限后驅(qū)動錨桿機(jī)，利用套釬透眼，然后繼續(xù)安裝。二是在錨桿（錨索）上端頭攪拌樹脂錨固劑至預(yù)定位置凝固前，一定要充分?jǐn)嚢瑁从缅^桿機(jī)驅(qū)動錨桿（錨索）旋轉(zhuǎn)。三是錨桿（錨索）眼角度要符合設(shè)計要求，否則不能達(dá)到預(yù)定錨固深度。四是索線外露長度不宜超過300 mm，如果外露過長不能達(dá)到預(yù)定錨固深度，也不能小于200 mm，否則千斤頂無法卡住索線，無法處理而報廢，必須重新補打；錨桿外露長度不宜超過60 mm，如果外露過長不能達(dá)到預(yù)定錨固深度，也不宜小于40 mm，否則錨桿螺母不能全扣安裝，影響支護(hù)效果。五是各個錨索、頂錨桿、幫錨桿的預(yù)緊力要分別相同，否則圍巖受力不均勻，支護(hù)效果不佳。

3 幾點體會

（1）掘進(jìn)速度快，通過北二上采膠帶下山實驗工程掘進(jìn)看，最高日進(jìn)尺達(dá)24 m，最高月進(jìn)尺達(dá)到330 m。

（2）巷道變形量小，避免了巷道在掘進(jìn)期間的維修工作，克服了巷道前掘后修的弊病，減少了掘進(jìn)期間的維修費用。

（3）可以大大減輕工人勞動強(qiáng)度。錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)巷道維修工作，工字鋼支架從搬運到安裝都很重，需要大量的勞動力去搬運安裝，而采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)只一個人就可以搬運，兩個人就可以很輕松地安裝。

（4）減去了回采時兩巷的翻棚及回收環(huán)節(jié)。錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)巷道維修工作一般采用工字鋼支架，采用工字鋼支架維護(hù)后，兩巷的超前替換棚的工作量很大，而繁索又影響回采的推進(jìn)速度，而預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)對回采期間的兩巷管理就相當(dāng)簡單和容易了，可以大大加快回采速度。

（5）經(jīng)濟(jì)效益可觀，相對工字鋼支架維護(hù)巷道，即節(jié)約資金又省時省力，單從材料的加工制做及運輸費用上看就很可觀。

4 錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)與預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)比較

由于錨桿支護(hù)設(shè)計即使可以滿足巷道正常地質(zhì)條件的支護(hù)需要，甚至強(qiáng)度過剩，但在我礦圍巖條件惡劣時，支護(hù)強(qiáng)度卻不足，不能適應(yīng)地質(zhì)條件頻繁變化的支護(hù)需要。在局部地質(zhì)復(fù)雜地段錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)不能滿足要求，造成支護(hù)變形，頂板冒頂、塌方、片幫嚴(yán)重，需要經(jīng)常翻修，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度和安全系數(shù)。經(jīng)過對現(xiàn)場的觀測，對采用單一的錨網(wǎng)支護(hù)巷道與預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)巷道進(jìn)行比較，采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)加以彌補，在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，首先預(yù)應(yīng)力錨索提供強(qiáng)大的主動支護(hù)，加強(qiáng)錨網(wǎng)與巖層的整體性；其次錨索長，錨固在穩(wěn)定的頂板巖層中，使支護(hù)始終處于有效長度內(nèi)，保證了支護(hù)質(zhì)量。采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，巷道穩(wěn)定性得到有效提高。

通過錨固力測試及頂板離層觀測和生產(chǎn)實踐，預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)達(dá)到了設(shè)計目的和生產(chǎn)要求，在我礦半煤巖巷道施工中得到推廣應(yīng)用，為紅陽三礦半煤巖巷支護(hù)取得了寶貴的實踐經(jīng)驗，具有廣泛的推廣意義。endprint

2.2.2 錨索預(yù)應(yīng)力的施工

施加預(yù)應(yīng)力采用YCD-180型電動油壓千斤頂。當(dāng)油壓千斤頂卡住索線后，千斤頂推進(jìn)索頭及托盤上升，張拉索線預(yù)應(yīng)力達(dá)到14噸，千斤頂卸載，索頭因自身逆止機(jī)構(gòu)作用使托盤及自身固定于索線上千斤頂加載時推至的位置，不能回退。

2.2.3 錨桿（錨索）施工中注意的問題

一是用錨桿（錨索）推送樹脂錨固劑過程中，易破壞樹脂錨固劑，使錨桿（錨索）送不到預(yù)定位置而被卡住，發(fā)生這種情況需要抽出錨桿（錨索），使用套釬并將錨桿機(jī)施工用水開至極限后驅(qū)動錨桿機(jī)，利用套釬透眼，然后繼續(xù)安裝。二是在錨桿（錨索）上端頭攪拌樹脂錨固劑至預(yù)定位置凝固前，一定要充分?jǐn)嚢?，即用錨桿機(jī)驅(qū)動錨桿（錨索）旋轉(zhuǎn)。三是錨桿（錨索）眼角度要符合設(shè)計要求，否則不能達(dá)到預(yù)定錨固深度。四是索線外露長度不宜超過300 mm，如果外露過長不能達(dá)到預(yù)定錨固深度，也不能小于200 mm，否則千斤頂無法卡住索線，無法處理而報廢，必須重新補打；錨桿外露長度不宜超過60 mm，如果外露過長不能達(dá)到預(yù)定錨固深度，也不宜小于40 mm，否則錨桿螺母不能全扣安裝，影響支護(hù)效果。五是各個錨索、頂錨桿、幫錨桿的預(yù)緊力要分別相同，否則圍巖受力不均勻，支護(hù)效果不佳。

3 幾點體會

（1）掘進(jìn)速度快，通過北二上采膠帶下山實驗工程掘進(jìn)看，最高日進(jìn)尺達(dá)24 m，最高月進(jìn)尺達(dá)到330 m。

（2）巷道變形量小，避免了巷道在掘進(jìn)期間的維修工作，克服了巷道前掘后修的弊病，減少了掘進(jìn)期間的維修費用。

（3）可以大大減輕工人勞動強(qiáng)度。錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)巷道維修工作，工字鋼支架從搬運到安裝都很重，需要大量的勞動力去搬運安裝，而采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)只一個人就可以搬運，兩個人就可以很輕松地安裝。

（4）減去了回采時兩巷的翻棚及回收環(huán)節(jié)。錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)巷道維修工作一般采用工字鋼支架，采用工字鋼支架維護(hù)后，兩巷的超前替換棚的工作量很大，而繁索又影響回采的推進(jìn)速度，而預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)對回采期間的兩巷管理就相當(dāng)簡單和容易了，可以大大加快回采速度。

（5）經(jīng)濟(jì)效益可觀，相對工字鋼支架維護(hù)巷道，即節(jié)約資金又省時省力，單從材料的加工制做及運輸費用上看就很可觀。

4 錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)與預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)比較

由于錨桿支護(hù)設(shè)計即使可以滿足巷道正常地質(zhì)條件的支護(hù)需要，甚至強(qiáng)度過剩，但在我礦圍巖條件惡劣時，支護(hù)強(qiáng)度卻不足，不能適應(yīng)地質(zhì)條件頻繁變化的支護(hù)需要。在局部地質(zhì)復(fù)雜地段錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)不能滿足要求，造成支護(hù)變形，頂板冒頂、塌方、片幫嚴(yán)重，需要經(jīng)常翻修，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度和安全系數(shù)。經(jīng)過對現(xiàn)場的觀測，對采用單一的錨網(wǎng)支護(hù)巷道與預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)巷道進(jìn)行比較，采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)加以彌補，在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，首先預(yù)應(yīng)力錨索提供強(qiáng)大的主動支護(hù)，加強(qiáng)錨網(wǎng)與巖層的整體性；其次錨索長，錨固在穩(wěn)定的頂板巖層中，使支護(hù)始終處于有效長度內(nèi)，保證了支護(hù)質(zhì)量。采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，巷道穩(wěn)定性得到有效提高。

通過錨固力測試及頂板離層觀測和生產(chǎn)實踐，預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)達(dá)到了設(shè)計目的和生產(chǎn)要求，在我礦半煤巖巷道施工中得到推廣應(yīng)用，為紅陽三礦半煤巖巷支護(hù)取得了寶貴的實踐經(jīng)驗，具有廣泛的推廣意義。endprint

2.2.2 錨索預(yù)應(yīng)力的施工

施加預(yù)應(yīng)力采用YCD-180型電動油壓千斤頂。當(dāng)油壓千斤頂卡住索線后，千斤頂推進(jìn)索頭及托盤上升，張拉索線預(yù)應(yīng)力達(dá)到14噸，千斤頂卸載，索頭因自身逆止機(jī)構(gòu)作用使托盤及自身固定于索線上千斤頂加載時推至的位置，不能回退。

2.2.3 錨桿（錨索）施工中注意的問題

一是用錨桿（錨索）推送樹脂錨固劑過程中，易破壞樹脂錨固劑，使錨桿（錨索）送不到預(yù)定位置而被卡住，發(fā)生這種情況需要抽出錨桿（錨索），使用套釬并將錨桿機(jī)施工用水開至極限后驅(qū)動錨桿機(jī)，利用套釬透眼，然后繼續(xù)安裝。二是在錨桿（錨索）上端頭攪拌樹脂錨固劑至預(yù)定位置凝固前，一定要充分?jǐn)嚢?，即用錨桿機(jī)驅(qū)動錨桿（錨索）旋轉(zhuǎn)。三是錨桿（錨索）眼角度要符合設(shè)計要求，否則不能達(dá)到預(yù)定錨固深度。四是索線外露長度不宜超過300 mm，如果外露過長不能達(dá)到預(yù)定錨固深度，也不能小于200 mm，否則千斤頂無法卡住索線，無法處理而報廢，必須重新補打；錨桿外露長度不宜超過60 mm，如果外露過長不能達(dá)到預(yù)定錨固深度，也不宜小于40 mm，否則錨桿螺母不能全扣安裝，影響支護(hù)效果。五是各個錨索、頂錨桿、幫錨桿的預(yù)緊力要分別相同，否則圍巖受力不均勻，支護(hù)效果不佳。

3 幾點體會

（1）掘進(jìn)速度快，通過北二上采膠帶下山實驗工程掘進(jìn)看，最高日進(jìn)尺達(dá)24 m，最高月進(jìn)尺達(dá)到330 m。

（2）巷道變形量小，避免了巷道在掘進(jìn)期間的維修工作，克服了巷道前掘后修的弊病，減少了掘進(jìn)期間的維修費用。

（3）可以大大減輕工人勞動強(qiáng)度。錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)巷道維修工作，工字鋼支架從搬運到安裝都很重，需要大量的勞動力去搬運安裝，而采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)只一個人就可以搬運，兩個人就可以很輕松地安裝。

（4）減去了回采時兩巷的翻棚及回收環(huán)節(jié)。錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)巷道維修工作一般采用工字鋼支架，采用工字鋼支架維護(hù)后，兩巷的超前替換棚的工作量很大，而繁索又影響回采的推進(jìn)速度，而預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)對回采期間的兩巷管理就相當(dāng)簡單和容易了，可以大大加快回采速度。

（5）經(jīng)濟(jì)效益可觀，相對工字鋼支架維護(hù)巷道，即節(jié)約資金又省時省力，單從材料的加工制做及運輸費用上看就很可觀。

4 錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)與預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)比較

由于錨桿支護(hù)設(shè)計即使可以滿足巷道正常地質(zhì)條件的支護(hù)需要，甚至強(qiáng)度過剩，但在我礦圍巖條件惡劣時，支護(hù)強(qiáng)度卻不足，不能適應(yīng)地質(zhì)條件頻繁變化的支護(hù)需要。在局部地質(zhì)復(fù)雜地段錨網(wǎng)、鋼帶支護(hù)不能滿足要求，造成支護(hù)變形，頂板冒頂、塌方、片幫嚴(yán)重，需要經(jīng)常翻修，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度和安全系數(shù)。經(jīng)過對現(xiàn)場的觀測，對采用單一的錨網(wǎng)支護(hù)巷道與預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)巷道進(jìn)行比較，采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)加以彌補，在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，首先預(yù)應(yīng)力錨索提供強(qiáng)大的主動支護(hù)，加強(qiáng)錨網(wǎng)與巖層的整體性；其次錨索長，錨固在穩(wěn)定的頂板巖層中，使支護(hù)始終處于有效長度內(nèi)，保證了支護(hù)質(zhì)量。采用預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，巷道穩(wěn)定性得到有效提高。

通過錨固力測試及頂板離層觀測和生產(chǎn)實踐，預(yù)應(yīng)力錨索—錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)達(dá)到了設(shè)計目的和生產(chǎn)要求，在我礦半煤巖巷道施工中得到推廣應(yīng)用，為紅陽三礦半煤巖巷支護(hù)取得了寶貴的實踐經(jīng)驗，具有廣泛的推廣意義。endprint