锚杆在煤矿巷道支护中应用

2015-02-23王建芳

现代矿业 2015年10期

关键词：螺母锚索预应力

王建芳

(陕西澄合合阳煤炭开发有限公司)

锚杆在煤矿巷道支护中应用

王建芳

(陕西澄合合阳煤炭开发有限公司)

从锚杆支护理论入手，分别对锚杆支护的适用条件、预应力参数设计、锚杆与锚索联合支护的可行性等方面对锚杆支护在煤矿巷道中的应用情况进行详细分析，在此基础上对锚杆施工流程及注意事项进行了总结，为确保煤矿安全生产提供参考。

煤矿巷道锚杆支护预应力参数联合支护施工流程

现阶段，国内大部分煤矿巷道施工中都运用了锚杆支护技术，伴随挖掘施工技术的迅猛发展，当前应用的锚杆支护的技术水平得到了一定程度的提升，随着全新的锚杆支护技术在国内各煤矿的不断普及，显著提升了煤矿开采的安全性[1-3]。在分析煤矿巷道锚杆支护系统的基础上，探讨了锚杆与锚索联合支护的运用情况，并给出了锚杆施工流程与质量检测的具体措施，为相关应用提供参考。

1 煤矿巷道锚杆支护系统

现阶段，加固拱理论、悬吊理论以及组合梁理论等都属于锚杆支护的理论范畴。悬吊理论属于早期使用的锚杆支护理论，具备通俗易懂、使用简单的特点，其主要运用在顶板上部具有稳定的岩石层，并且下部具有一些破碎或松散的岩石层的煤矿巷道中。悬吊理论的不足在于仅考虑了锚杆的抗拉效果，未能很好地顾及锚杆的抗剪水平。组合梁理论认为，锚杆自身所供应的轴向力会对岩石层的离层进行限制，有效加强岩石层之间的摩擦力，使其可与锚杆所供应的抗剪力共同限制岩层之间出现滑动的情况。组合梁理论有效顾及了锚杆对于岩石层离层与滑动之间的制约效果，该理论通常运用于层状的岩石层支护中。加固拱理论认为，即便是在破碎、松软或者松散的岩石层中运用锚杆，也能够产生承载的效果，各个锚杆之间保持良好的距离，便可在岩石中形成一个均匀的压缩带，使其能够承载破坏区域上部破碎岩石所带来的压力。加固拱理论较好地运用了锚杆支护的整体效果，有助于提升煤矿的生产效率。通常来说，单体锚杆运用于岩石性质的巷道、具备较为完整的围岩岩体的巷道中实施加固施工，但在一些围岩偏软或拥有偏大破碎规模的压巷道、围岩巷道和煤矿巷道，单体锚杆支护效果不太理想。

2 预应力参数设计

2.1 锚杆预应力

井下支护实践证明，合理的预应力锚杆与锚索支护能够有效控制离层与滑动，因此，锚杆与锚索预应力设计的原则是控制围岩不出现明显的离层、滑动与拉应力区。借鉴国外相关经验并结合国内部分矿区的试验数据，可选择锚杆预应力为杆体屈服载荷的30%～60%。锚杆直径越大,杆体材质强度越高，要求的预应力值则越高。

2.2 锚杆预应力提升措施

提高锚杆预应力的技术措施有：①提高螺母预紧力矩；②提高扭矩转换系数。美国、澳大利亚等国家普遍采用锚杆台车、掘锚联合机组施工锚杆。锚杆钻机的输出扭矩大，有的超过500 N·m，能够保证锚杆的高预应力。国内普遍采用的钻机钻装锚杆的钻机输出扭矩一般为100～150 N·m，无法实现锚杆的高预应力。为了显著提高锚杆预紧力矩，①采用专门的高扭矩螺母拧紧设备(如大扭矩扳手及扭矩倍增器)；②在适宜的条件下，引进、开发锚杆台车和掘锚联合机组，确保锚杆快速、高质量安装。提高扭矩转换系数的主要措施：①提高螺纹加工精度等级，降低螺母与锚杆螺纹段的摩擦系数；②在螺母与托板之间加减摩垫片,减小螺母、垫圈端面的摩擦系数。

3 锚杆与锚索联合支护的可行性

单个锚杆和锚索在其所施工的岩体四周产生一种锚杆、锚索的共同周围应力，仅需调整锚索与锚杆的间距，便可在群锚的共同作用下，在煤矿的岩体中产生承载力，实现对巷道的有效支护。煤矿挖掘巷道在运用锚索与锚杆共同支护方法时，有必要考虑巷道的使用时间、地应力、岩体的节理情况、岩石的软硬程度、岩石的完整情况以及它们是否受到动压的干扰，以便明确锚索与锚杆的具体支护模式。

在采矿巷道支护施工中，金属网、锚杆和锚索共同使用的支护模式属于使用最多的一种支护模式。钢带、锚杆与锚索的抗弯强度偏弱，易出现贴顶的情况，其可承载的压力偏低，在平整煤矿巷道顶板时，通常采用锚杆加固伪顶，这是因为钢梁与锚杆可承载巨大的压力，锚杆的桁架经过运用拉杆所形成的挤压力可消除或降低下位岩层中的拉应力，从获得顶板岩石层承受压力、拉杆承受拉应力的效果。若巷道两帮围岩体的强度较高，顶板完整性较好，也可运用锚索与锚杆的联合支护模式，保障采矿巷道的安全性。

4 锚杆施工流程与注意事项

4.1 锚杆施工流程

(1)钻孔。运用MZ-12型煤电钻实施锚杆钻孔，在每次实施爆破之前，施工处距工作面的空顶必须控制在60 cm以下。当爆破工作完成后，立即在永久支护的掩护下，将前探梁延伸至工作面上，确保前探梁与工作面保持平行，同时使用长柄工具在永久支护的掩护下，消除伞檐、零皮以及活矸煤等各类安全隐患，在保障无误后，立即使用木楔子和半缘木进行固定。在锚杆钻孔时，将与之对应的前探梁进行推后处理，在打完钻孔后，将前探梁推至与工作面平行，再将相近的前探梁实施后推，不断反复，直至永久支护安装到工作面为止。

(2)锚杆安装。锚杆钻孔完成后，首先采用样孔顺着锚杆实施多次进退，清洁样孔中的煤渣，从而保障锚杆的锚固力不受损害，运用锚杆将树脂药送至孔底；然后使用风钻或煤电钻实施搅拌约25 s，当凝固后再去除钻挂网，15 min后安装托板，拧紧对应的螺丝，托板必须与岩石面、煤面靠紧，从而保障承载的效果，防止顶板出现离层的情况。

(3)锚网支护。必须严格按照相应的标准实施打锚杆，根据中线确定锚杆的具体位置画眼，锚杆间的排距误差应控制在100 mm以内。锚杆必须与煤层和工作层面垂直，巷道、锚杆和顶板轮廓线的夹角应大于75°。锚杆上部必须配有木锚盘，螺纹的外漏长度应为10～30 mm。锚杆锚的固力必须达到顶150 kN、帮150 kN以上。间隔100 m的巷道必须至少实施1次锚杆拉力试验，同时做好对应的标记工作。拧紧锚杆螺母应运用力矩扳手，拧紧的力矩应在100 N·m以上。金属网的搭接应为100 mm，每间隔200 mm运用联网丝进行扭结，运用双边三花实施连接，连接点必须均匀，金属网应平展，巷道和顶网的中心线应确保垂直铺设。

(4)架棚支护。在进行架棚时，腿与梁应在450 mm处实施搭接，每帮上部3个卡缆的螺丝必须拧紧，若棚腿不合格，腿与梁处可采用打木楔的方式，卡缆间距应为80 mm。每次进行爆破时，应在柱根处与连板处各打上1根撑杆，撑杆间应保持平行，间距保持在10 m以上。

(5)喷射混凝土。运用425#以上的水泥，并且运用细砂来喷射混凝土。喷射时，应先喷顶，然后喷帮，滞后的距离应当控制在50 m以内，受喷面与喷射头之间应尽可能保持垂直。

4.2 注意事项

①在煤矿巷道挖掘施工进程中应密切关注巷道四周岩层的实际环境，及时进行抗压承载力勘测，从而有效避免出现塌方或坍塌现象；②锚杆支护施工必须严格遵循有关的制度与标准开展；③各锚杆的间距必须通过精确、详细的测量之后，方可进行施工；④锚杆放置与煤矿巷道挖掘的有关工具与材料必须满足相关规定，避免出现偷工减料的情况；⑤煤矿巷道锚杆支护使用进程中应定期对锚杆的稳固性进行检测，准确记录锚杆的拉力与承压力等各项数据，若出现异常，则应立即采取必要的补救措施。