锚网喷+锚索（精选8篇）
锚网喷+锚索 篇1
1 施工场地的地质情况
一标高为+442m的矿车场地处环境为构造复杂的水平地质, 周围满是处于发育中的节理岩层, 这水平石门和大巷交岔点大多都是在软弱岩层之中, 就如能够快速和大量变形、容易被风化容易冒落、遇到水分还很快膨胀的泥岩、砂质泥岩层等, 另外交岔点巷道以泥岩及粉砂岩为顶板, 以泥岩及砂质泥岩为底板。
2 现有交岔点支护方法中存在的问题
这交岔点以最大断面跨度为9m左右、高度为5m左右的直墙半圆拱形断面, 采用架设29U型钢不等距支护布置在软岩的大断面交岔点中;软岩变形大, 巷道四周同时来压和持续流变等原因使采用架棚支护的大断面交岔点出现明显的支架来压, 导致交岔点顶板下沉量在500到1000毫米之间, 两帮位移近量在300到600毫米之间, 甚至有些交岔点U钢棚出现了难以修复的严重变形。各种各样的问题存在于交岔点架设U钢棚支护中, 就如:首先是架棚过程中, 一般为3到5节棚且带有复杂的架棚工艺的交岔点U钢棚给施工带来了很大的难道, 在上棚梁、载棚腿等工序中, 不仅需要大的劳动强度, 操作复杂, 而且施工非常危险;然后是U型钢棚支护与围岩的接触中, 由于支护与围岩难以全面均匀接触, 导致支架因出现局部应力集中而出现变形现象, 此时钢筋笆片就会被破坏;接着是巷道围岩变形中, 支架并没有直接改变围岩的变形, 取而代之的是, 阻止围岩的变形阻止其它力量对围岩进行破坏性的动作, 从而让围岩形变和支架在相互作用中达到一个相对稳定的状态;再而就是用于支护的财物支出很高;最后是后期工作中, 运用注浆加固的修复方法来保护架棚支护的交岔点。用架设U钢棚支护来保护软岩大断面交岔点的处理方案在实施过程中存在的困难需要找寻新的适合支护技术, 以代替U钢棚支护, 以下就此矿轨道大巷*交岔点来进行理论研究分析, 施工技术探讨。
3 锚网喷+锚索联合支护的理论分析
3.1 轨道大巷*交岔点的相关数据
上述矿轨道大巷*交岔点的断面以直墙半圆拱形为最终形状, 设计净宽为10.3m、净高为6.34m的最大断面和净宽为5.0m、净高为4.1m的最小断面, 长为17.4m的交岔点。另外, 交岔点顶析至底板依次为泥岩和3m的粉砂岩、3.7m的砂质泥岩、泥岩。
3.2 对锚杆参数的设计
3.2.1 确定锚杆的长度。在层状岩体直墙半圆拱形断面中, 参照常用公式来确定锚杆的长度L:
L=l1+l2+l3=0.1+1.6+0.9=2.6m (取2.7m的锚杆)
其中:l1为露出外面的锚杆的长度, 等于垫板的厚度+螺母厚度+露出来的锚杆长度, 为0.1m;l2为有效的锚杆长度, 由临近巷道测得围岩松动圈为1.6m;l3为锚杆的锚固长度, 通常取值为0.4~0.5m。
3.2.2 确定锚杆杆体的直径。锚杆杆体的直径通过下面的式子来确定:
d≥35.52 (Q/σt) 1/2=35.52× (100/333) 1/2=18.5mm (杆体直径选
其中:d为锚杆杆体的直径, 单位为mm;
Q为锚固力, 通过实验得出的Q值为100KN;
Σt为杆体材料抵抗拉的强度, 杆体采用Ⅱ级20锰硅钢筋来作为制作材料, 抗拉的强度达到333MPa;
3.2.3 锚杆间距、排距的确定。
锚杆间距 (a) 和排距 (b) 由锚杆悬吊岩石的载荷大小来确定, 考虑到现场施工的方便操作, 通常让a=b;令安全系数K取值为1.5~1.8的情况下:
=1.25m (现场施工中取间排距为0.8m)
其中:a、b分别为锚杆的间距和排距, 单位取m;
K为锚杆安全系数, 取值为1.8;
Γ为岩石的容重, 取值为2.7×
3.3 钢筋网片的选取
通常地, 都是选择φ6普通钢筋制作的钢筋网作为钢筋网片, 间排距为1700×900mm, 网孔间距为100mm。
3.4 锚索支护参数的确定
3.4.1 确定锚索长度 (La)
La=La1+La2+La3=0.3+3+2=5.3m (选用φ18长6300mm的高强钢绞线锚索)
其中:La1为锚索外露长度, 取值为0.3m;La2为锚索有效长度, 取值为3m;La3为锚索锚固的长度, 锚在3m粉砂岩中不少于2m。
3.4.2 锚索布置方式确定:
根据之前的施工锚索经验, 锚索按间排距以2000×1500mm的标准来布置, 以交岔点起扩位置开始布置到两岔硐在5m范围内。
3.5 喷厚的确定。
由理论与实践可知, 喷层以承受压力剪为主要作用。已知喷层内面有较好的柔性, 但同时又喷层必须要有相应的支护强度, 通过以往的施工经验来确定喷层取值为100mm。
4 施工技术的研究
4.1 施工工艺的流程。
施工工艺的流程如下:进行安全检查→打带帽点柱→打顶部锚杆的挂网→喷出拱部的浆→打上部的眼→倒矸→打帮部锚杆的挂网→喷出帮部的浆→打下部的眼→装药联线→放炮通风。
4.2 对施工技术过程中的要求。
4.2.1必须保证光面爆破质量, 规定周边眼距不能超过400mm, 辅助眼距不能超过600mm。4.2.2要求锚杆与岩面垂直, 角度大于或等于75°, 然后锚杆螺帽用力矩扳手拧紧, 扭矩力大于或等于100N.m。4.2.3在安装锚杆的时候, 要注意到了锚杆托盘接近岩面时便不能再推进, 然后搅拌30~45秒后停止, 60秒之后再次启动, 让托盘快速压紧岩面。4.2.4锚索露出外面的长度不得超过300mm, 预紧力必须大于或等于50k N, 锚固力大于或等于200k N。4.2.5保证喷浆料搅拌均匀, 砼强度必须达C20级以上。
5 新形支护技术的支护效果分析
采用锚网喷+锚索联合的支护效果需要及时了解, 可以采用以下措施:布置一个测试面在交岔点最大断面位置上, 然后用钢尺直接测量两帮移近量及顶板下沉量, 并记录数值和绘制变化曲线 (如图1) 。由记录中可以看出, 两帮最大移近量达到120mm, 顶板下沉量达到160mm, 随后趋向于一个稳定状态。经过对此巷道开挖后的三个月的观测, 可以看出, 巷道顶板下沉及两帮变形量跟之前的架棚支护的交岔点相比要小很多, 于是可以得出结论软弱围岩下采用锚网喷+锚索联合支护的大断面交岔点的支护效果很好。
6 总结
在采用锚网+锚索联合支护之后取得很好效果的分析, 可以知道软岩大断面交岔点采用锚网+锚索联合支护技术可以更好地利用围岩的自承能力, 充分体现出了刚性锚杆的支护能力, 同时完美地转化了围岩中的膨胀性和塑性能, 促进了围岩的稳定。另外锚网喷支护的及时和承载的快速使得它可以改善围岩的应力状态, 高效地阻止围岩变形。由上得出锚网喷+锚索联合支护在取得良好的支护效果的同时节省了大量的人力、财力和物力, 值得大力推广。
摘要：结合实际, 谈谈大跨度交岔点锚网喷、锚索联合支护应用研究。
关键词：交岔点,锚网喷,锚京联
锚网喷+锚索 篇2
摘要：通过分析神火集团泉店煤矿东翼轨道大巷破坏的形态和机理，查找破坏的规律，研究支护结构的强度和稳定性，认为在注浆充填围岩裂隙后，再二次锚网喷支护能够达到的较好修复效果，值得推广应用。
关键词：破坏形态机理注浆充填裂隙二次锚网支护
0引言
泉店煤矿是河南神火集团公司的在建矿井，矿井年设计生产能力120Mt／a，服务年限50.69a，区域地层属华北地层区嵩箕小区，该区位于华北板块南部，属嵩箕构造区嵩箕断隆东南端之许禹背斜南翼，覆盖层厚度约440米，采用主、副、中央风井单水平上下山开采。
由于受附近断层构造应力的影响，造成部分岩巷围岩处于高应力区，另外，岩石力学强度较低，完整性较差，并且，在断层附近的岩体结构遭到破坏，裂隙较发育，强度较低；在砂岩与泥岩层过渡处，为砂泥岩互层：而铝土质泥岩遇水膨胀，易造成底鼓。因此，矿井的不少巷道在处于高应力区的破碎围岩条件下，支护条件较差，出现了不同程度的破坏。
1东翼轨道大巷的变形概况及围岩稳定性分析
1.1断面设计和支护方式泉店煤矿东翼轨道大巷标高为－540m，距离地表深度约660米。矿井主采煤层为山西组下部的二1煤层，煤层厚度3.77－8.04m，平均厚5.91m。煤层伪顶在井田内零星分布。直接顶板以砂质泥岩，粉砂岩为主，约占全井田面积的60％，厚度一般1.5～5m，RQD值在0－85.2％；泥岩项板次之，厚度一般1-3m；砂岩顶板主要分部在7－9勘探线之间和DF04断层两侧，面积不足全井田面积的10％。老顶以细粒、中粒大占砂岩为主，厚度0～12.33m，一般在2m以上，抗压强度34.7～58.0MPa，RQD值在50～91.4％。伪底在全区零星分布，面积不大。直接底板主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为细粒砂岩或中粒砂岩，厚度0.60～35.49m，一般2～6.50m，岩石致密，抗拉强度0.67～2.80MPa，RQD值在26～94.4％。
东翼轨道大巷位于主采煤层顶板，其围岩多为穿层布置，岩性不一，多为泥质砂岩、灰岩、泥岩、页岩，破碎、裂隙发育，局部岩层有方解石脉充填，部分材料车线围岩还有薄煤线夹层。
设计为拱形断面(见附图)，初次支护采用锚网喷支护，金属网片为φ6mm钢筋加工的100×100mm方格网，脂锚锚杆杆体直径为φ20mm，锚杆间排距700×700mm，喷层厚度为150mm，拱部采用5根锚索支护φ18.9×8000mm。
1.2东翼轨道大巷围岩变形破坏情况及原因分析根据1-5个月的观察分析，在距离迎头30-40米以内变形不明显，可是，在40米以后的局部区段出现了较大的变形，喷层严重开裂掉块，巷道断面缩小、底板起鼓、锚索拉断、岩体破碎圈增大(轮廓线以外4.2米)，从检测结果分析，巷道周围岩体破碎，黏结力几乎为零，内摩擦力大为降低，围岩变形严重，特别是拱部的肩部以下严重变形，实测结果为：顶板下沉量达到200～300mm、底鼓量达到350～700mm，两帮移近量达到300～700mm，其顶底板移近最大速度可达2mm／d左右，两帮移近量可达到2.5mm／d；尽管施工已数月有余，但围岩变形尚未稳定，围岩的变形已严重影响永久支护的整体强度和稳定性，并将影响运输。
分析认为，巷道变形破坏是多种因素共同作用的结果，其破坏原因主要有：①地应力大，构造应力较复杂；②围岩松软，整体性差；③支护强度不够。
1.3巷道破坏的形态及修复机理
1.3.1巷道的破坏形态巷道的破坏形态主要有以下几种：①剪切破坏：主要发生在巷道的拱基，表现为喷体脱落等；②拉伸破坏：主要发生在巷道的直墙正顶及下帮的肩窝处，表现为喷体破断、脱落等③单向受压破坏：主要发生在上帮直墙上部，造成喷体片状脱落或压碎；④收缩变形破坏；主要发生在巷道的弱面位置。
1.3.2注浆充填巷道围岩的松动圈通过及时地对支护体以外的围岩裂隙注浆，参数选择：压力4-6Mp,注浆孔深度2.5米，注浆孔间排距2.0米，水灰比1:07，能够充填巷道支护体以外的围岩裂隙，提高裂隙圈以内的围岩整体性。
1.3.3二次锚喷支护作用机理二次锚网喷的作用机理：通过二次锚网，使初次支护体和注浆后的破裂岩石复合，使围岩介质的承载能力增强，并具有一定的抗变形能力，使巷道抗失稳能力增强。
2修复的时机
修复支护技术的关键是如何对破碎松动围岩加固补强及如何确定支护时机，如果支护时机掌握不好，如巷修的支护时间太早，在围岩剧烈活动期，在高地压尚未重新分布完毕之前进行，则支护效果不佳，一般支护手段很难保证巷道支护完好。如支护时间太迟，待变形严重后修复，巷道的有害变形将会加剧，巷道冒顶的可能性增强，围岩破碎松动的范围将加大，给修复工带来极大地困难，不但成本增加，安全性也没有保证，因此，合理确定支护时机是巷道修复的一个关键问题。
深部地压作用破坏时，最佳时机按巷道矿压观测资料确定，通过对巷道围岩表面位移观测，绘制出巷道变形曲线。其变形速度达到最大值时，表明巷道围岩受力最大，此后压力减小(但变形不停止)。此时，如巷道支护强度能抵抗破坏外力，巷道不破坏；如巷道支护强度相对较弱，巷道出现变形、喷体出现片状或鳞状剥落，此时便是最佳支护时机的临界点，可进行巷道修复工作。
3二次锚网喷支护修复技术
3.1支护要求巷道断面：在初次支护时留出300mm的让压空间，根据巷道变形情况，确保注浆和二次锚网喷支护后的巷道净尺寸满足通风、行人和运输等需要。
3.2锚喷支护修复施工工艺
3.2.1施工方法：根据围岩条件、失修状况，以及现有施工条件，采用初次锚网索喷体支护(喷厚50～70mm)让压，超前把变形区域内的围岩封闭，注浆充填围岩裂隙后，再二次锚网，锚杆和金属网规格同初次支护的参数，最后挂线复喷成型作为永久支护。
3.2.2施工顺序：控制扒渣机距离迎头不超过30m，在移动扒渣机后，及时进行注浆，充填初次支护体以外的破碎围岩裂隙，然后二次锚网变形部位，尤先处理拱部，最后挂线复喷成巷。
4二次锚网喷支护修复效果分析
锚网喷+锚索 篇3
望云煤矿分公司井田面积约16.7km2, 年生产能力900kt/a, 核准开采3-15#煤层, 现采山西组3#煤层, 倾角3~12°, 属近水平煤层。受庄头大断层 (落差60~84m) 影响, 井田内次生断层多, 陷落柱发育, 仅现采区5.4km2的井田范围内大小构造数量就达38条之多, 地质条件相当复杂。
复杂的地质条件造成矿井大巷开拓速度缓慢, 导致采区接替紧张。特别是穿越断层破碎带时, 以前常采用半圆拱粗料石砌碹支护工艺进行施工。实践证明, 料石砌碹施工不仅工艺较复杂, 施工速度慢, 效率低, 而且工人劳动强度大;被动支护效果较差, 后期巷道维护困难, 劳动组织与安全管理较困难。
为解决以上困难, 该矿通过现场调研、取样、理论分析计算及计算机数值模拟等方法, 系统分析断层围岩稳定性特征, 针对性提出“锚网喷+锚索+可伸缩金属钢架”联合支护方式穿越断层破碎带。
1 试验巷道概况
1.1 试验是在轨道大巷穿越F14断层过程中进行。
F14断层由三维地震解析, 走向N75°E, 倾向N15°W, 倾角70~75°左右, 其北盘下降, 南盘上升, 属正断层, 落差25m, 延伸长度520m。
工作面巷道及顶板岩性以泥岩、砂质泥岩碎块填充体为主, 局部为中细砂岩, 围岩层理、节理密集发育, 松软破碎, 强度较低, 遇水易膨胀, 属Ⅴ类围岩。水文地质条件较简单, 无渗水现象。
1.2 目前, 轨道大巷掘进采用光面爆破施工, CM J17HT型全岩掘进钻车钻眼, ZCD-60R型侧卸装岩机装岩。
巷道断面为直墙半圆拱, 净宽4.2m, 直墙净高1.5m, 拱高2.1m, 净断面为13.22m2, 支护采用锚喷。
2 方案设计
针对所掘巷道工作面地质赋存条件及围岩特征, 采用“锚网喷+锚索+可伸缩金属钢架”联合支护方式来控制巷道顶帮围岩。
2.1 支护机理
一次支护依据锚杆支护原理, 辅助铺设金属网、喷浆, 充分利用巷道顶帮围岩的原始残余弹塑性承载力对松动圈进行加固, 实现锚喷支护体与围岩相互作用和共同承载的主动支护。
采用可伸缩金属钢架壁后充填对巷道围岩进行二次加固, 使支架与围岩整体接触, 初撑力大, 增阻速度快, 工作阻力大, 承载均匀, 进一步有效控制软岩巷道的大变形。
2.2 支护参数与技术要求
轨道大巷采用金属网配合锚杆、锚索和槽钢托梁进行支护。巷道顶、帮铺设金属网, 金属网规格为1000×2000mm, 网孔为100×100mm, 用∮4~6 mm盘条焊接制成。锚杆布置成三花眼, 间、排距700 mm, 规格为∮20×2400mm高强左旋螺纹钢锚杆, 采用一支K2335, 一支Z2360锚固, 锚固长度1200mm, 锚固力≥100 k N。锚索钢线规格φ15.24mm×8500mm, 间、排距1500mm, 采用一支K2335, 两支Z2360锚固, 锚固长度≥1500mm, 锚固力≥200k N。托梁为L=1000mm的12#槽钢。混凝土喷层厚度100mm, 标号不低于C25, 比例:水泥:水:沙:石子=1:0.42:1.63:1.77, 速凝剂为水泥用量5%。
可伸缩金属钢架采用25#U型钢制作, 由3个基本构件组成, 弧形顶梁两端插入和搭接在柱腿的弯曲部分上, 组成一个半圆拱。腿梁搭接长度400mm, 由两个卡缆固定, 下部焊接150×150×10mm钢板底座。可伸缩金属钢架拱基净宽4200mm, 拱高2100mm, 腿长1600mm;支架间采用金属拉杆固定, 架间距1000mm, 壁后用水泥背板充填。
2.3 施工工艺及要求
2.3.1 工艺流程
光面爆破成巷→临时前探梁支护→铺设金属网→打注锚杆锚索→初喷→架设可伸缩金属钢架→复喷→清理。
2.3.2 施工技术要求
(1) 锚杆支护要严格执行“一掘一锚”, 先中间后两边、先顶后帮的支护原则; (2) 锚索应在紧跟迎头施工时与锚杆同时安装, 严禁滞后。 (3) 顶锚杆螺母扭力矩不小于120N.m, 帮锚杆不小于60N.m, 锚索预紧力60~80k N。 (4) 顶锚杆要与拱顶成辐射状, 帮锚杆垂直于巷道两侧;金属网要紧贴巷道断面, 且用锚杆锚固紧; (5) 锚杆锚索位置、角度、深度、规格要严格按照设计要求施工; (6) 顶网长边垂直巷道中线铺设, 帮网顺巷铺设。相邻网必须搭接, 每隔200mm用12#双股镀锌铁丝连接一道, 拧紧不少于3圈。 (7) 检测发现不合格的锚杆锚索, 必须在一侧300mm处重新补打达到合格要求; (8) 每掘进3~5循环后, 应及时按要求对巷道进行初喷盖网, 喷层厚度为100mm, 喷后不露网筋。然后及时架设可伸缩金属钢架, 壁后必须采用水泥背板绞实, 保证支架与围岩接触严密; (9) 可伸缩金属钢架构件的架设必须严格按中腰线标定进行, 架设顺序是先顶梁后架腿, 架腿必须支在实底上, 支架卡缆一定要上紧, 螺帽扭力矩不得小于150N.m; (10) 复喷后喷层厚度以喷层面与可伸缩金属钢架两侧翼缘齐平为宜;
3 矿压监测与结果分析
3.1 矿压监测目的
在穿越断层带掘进施工过程中应设置观测站对巷道支护状况进行监测, 以便掌握施工质量和支护工作状况, 及时提高施工质量, 为改进现有支护参数提供依据。
3.2 监测内容及结果分析
3.2.1 锚杆、锚索锚固质量检测
施工过程中, 对锚杆锚索的预紧力及锚固力按30%比例抽检, 锚杆锚索预紧力合格率为100%, 锚杆锚固力合格率为90%, 锚索锚固力合格率为95%。断层破碎带中顶板十分破碎, 粘结力下降是造成锚固力不合格的直接原因, 对此, 及时进行了补打至合格。
3.2.2 巷道表面位移监测
根据巷道围岩性质及地质构造条件, 测站间距及截面数量加密。巷道内设置2个测站, 每个测站设5个观测截面, 每个截面设4个测点, 采用“十”字布点法, 测站间距30m, 截面间距3m。监测频度距工作面10m范围内, 每天观测2次;20m以外范围内, 每天观测1次。位移监测表明, 顶底板最大移近量70mm, 两帮最大移近量30mm, 可伸缩金属钢架最大下缩量20mm, 巷道开掘10d后趋于稳定, 顶帮喷层均未出现明显裂纹、剥离现象。
3.2.3 顶板离层监测
巷道内每隔20m安设一组离层监测仪, 每组为8500 mm、5500 mm、3500 mm和2500 mm长度4个测点。经检测, 锚杆锚固范围内最大离层量为25 mm, 锚杆锚固范围外最大离层量为35 mm, 总离层量最大值为60 mm。离层值均控制在安全范围内, 表明巷道设计参数及施工质量能够满足安全要求。
4 结束语
望云煤矿在穿越断层破碎带等软岩巷道“锚网喷+锚索+可伸缩金属钢架”联合支护技术的成功应用, 在支护方式上由被动支护变为主动支护, 大大提高了巷道支护强度和安全性, 降低了巷道失修率、返修率和工人劳动强度;另一方面, 较料石砌碹支护, 掘进速度提高了30%, 在一定程度上缓解了矿井采区接替紧张局面, 对煤炭行业中同类型巷道具有一定借鉴推广意义。
摘要：针对望云煤矿过断层破碎带的实际, 探索“锚网喷+锚索+可伸缩金属钢架”联合支护技术应用, 并对实施效果进行了检测和分析, 证实该支护方式的可行性与有效性。
锚网喷注支护技术的应用 篇4
1.1 支护方案的确定
支护方案仍然建立在锚喷支护的原理上,采用锚杆、锚索、网、喷注方式,增加一项注浆工艺,达到加固围岩的目的。
1.2 支护参数确定
采用扭力应力锚杆,准20mm×2.5m,预紧力不小于20k N,间距1m,排距0.8m;采用准15.24mm×6m钢绞线,预紧力不小于80k N,间距1m,排距2m;喷射混凝土标号(200kg/cm),水泥为425号普通硅酸盐水泥,体积配合比水泥:河砂:石子=1:1.5:1.5,初喷厚80mm,复喷厚80mm;选用BFZ-10/24型矿用注浆泵,YT-29型气动凿岩机,BK56型矿用气扳机,注浆管采用准16mm高压胶管。注浆工艺使用材料有水泥、水玻璃、注浆锚杆。水泥为普通425号硅酸盐水泥,出厂日期不得超过3个月;水玻璃为38玻镁度水玻璃,模数n=3.2,比重为1.35kg/L;注浆锚杆为准25.4mm钢管,分为螺纹段(准25.4mm管丝扣,长50mm)和注浆段(长2.5m),在注浆段交叉分布准10mm注浆孔;注浆参数主要包括有浆液配比、注浆孔深、注浆压力、浆液扩散距离、注浆孔间排距。正常注浆采用单液浆,浆液配比水泥与水体积比为1:1~1:0.4;注浆锚杆封堵注浆采用双液浆,水泥浆与水玻璃比为1:0.75。注浆孔深度为2.5m,目的是将大于2.5m厚的围岩内的空隙充填水泥浆,使其固化成一个整体。注浆压力:初压为0.2MPa,终压为0.5MPa。
1.3 施工工艺流程
依据设计断面开凿断面,循环进度1m,完成锚杆、喷券支护,挂网,初喷喷券(80mm),复喷80mm厚。原班进度3m。注浆工艺:距场子头15~20m,用风动凿岩机进行打眼,钎头直径准42mm,眼深2.5m与注浆锚杆等长或略大于注浆锚杆长度。装入注浆锚杆开始注浆,如果围岩较软,拔钎后塌孔,无法将注浆锚杆插入,使用气板机将锚杆带入。如果气板机还不能将锚杆带入,则考虑使用锚索钻机钻注浆孔。注浆采用单液浆,水泥与水体积比为1:0.4,如果漏浆严重,则采用封堵式注浆,水泥浆与水玻璃比为1:0.5。封孔。采用注双液浆,水泥、水、水玻璃体积比为1:1:2。
1.4 巷道表面位移观测
锚网索喷注支护工艺完成后,即开展监测工作。布置观测点,每5m设1组,1组2个点,共布置10组,每3d观察1次,经过3个月的观察,数据显示局部最初10d变形速度为2mm/d,多数为1~2mm/d,后20d变形速度变小或等于0;30d后顶板下沉量最大为16mm,左右帮内移量最大为12mm。施工完的巷道没有出现较大的变形,这显示围岩在水泥浆的作用下增加了强度。
2 锚网喷注支护技术在B矿的应用
2.1 工程概况
B矿四水平新副井井底车场进车线,由于该段所遇的周边围岩地质条件复杂,围岩破碎,底板有积水,破坏极为严重,当时采取用木垛临时支护。为保证此段的永久使用进行了修复。
2.2 支护方案的选择围岩破碎打出的钻孔易出现塌孔现象,
药卷极难注入;即使注入由于围岩的破碎难以给锚杆锚固基础;底板打的钻孔内有积水,药卷遇水就失效,不能起到锚固作用。采取先注浆,通过注浆将破碎围岩胶结成整体,改善围岩的结构及其物理力学性质,既提高围岩自身的承载能力,又为锚杆提供了可靠的着力基础,使锚杆对松散围岩的锚固作用得以发挥。锚网喷支护,采用锚网喷支护时利用喷浆封堵围岩裂隙,隔绝空气,防止围岩风化,且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度,提高围岩的稳定性。针对底板的积水,可采取一次性中空注浆锚杆进行底脚锚杆施工。利用注浆充填围岩裂隙,配合锚网喷支护,可以形成一个多层有效组合拱,即锚喷网组合拱,锚杆压缩组合拱及浆液扩散加固拱,然后与锚索形成悬吊组合拱,从而扩大了支护结构的有效承载范围,提高了支护结构的整体性和承载能力,从而有效地控制深部软岩巷道的大的变形。
2.3 支护参数
(1)采用20mm×2500mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆,锚杆采用树脂药卷端头锚固,树脂锚固剂型号为CK2545,用量为2支/根。(2)采用17.8mm钢绞线锚索,长度8000mm,采用CK2360树脂药卷端头锚固,用量为3支/根。(3)采用6·0mm钢筋焊接而成,网片尺寸为1000mm×2000mm,网格尺寸75mm×75mm。(4)注浆施工中所需材料主要有水泥、水玻璃、注浆锚杆、水泥注浆添加剂等。水泥:采用425#普通硅酸盐水泥,出厂超过3个月禁用;水玻璃:采用38玻镁度水玻璃,模数n=3.2,比重为:1.3551kg/L。注浆材料的质量配比为0·75~0·5:1:0·06(水:水泥:水玻璃);注浆枪:由1″无缝钢管加工而成,长度为1500mm,端头有50mm长的丝扣;水泥注浆添加剂:掺量占水泥重量8%。(5)注浆参数:注浆孔深、注浆终压、浆液扩散半径、注浆孔间排距。
2.4 施工的顺序及方法
施工的顺序为先注后锚由外向内一米米推进。施工方法为先注后锚,注浆时先用YT-27型气腿凿岩机打孔,然后将注浆枪打入,利用布头将枪体与岩孔封严。在枪体尾部戴上1″闸阀,利用QZB-50/6型气动注浆泵向枪体内注入水泥浆,当终压达到2MPa,同时注浆量达到设计要求后维持3min停泵关紧闸阀,待浆液凝固后在卸下闸阀。注浆结束后利用锚索测试注浆效果,如果锚索打不住压说明围岩依然破碎应增加注浆枪的长度,增大注浆压力继续注浆,直至锚索打住压为止。如果锚索能打住压说明破碎的围岩以从新胶结成一个整体,此时可拆除木棚子采取锚网索喷支护。
锚网索喷支护,先拆除木棚子然后破壁,破壁结束后立即喷射混凝土对基岩进行封闭,防止围岩风化,且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度,提高围岩的稳定性。然后按设计间排距打锚杆、挂网喷射混凝土60mm厚,再打锚索复喷混凝土90mm。要求钢筋网必须贴紧初喷砼表面,锚杆预紧力为100N·m。抗拔力为8t。锚索抗拔力为10t。
锚网喷支护技术的研究分析 篇5
关键词：煤矿,锚网喷支护,安全
0 引言
煤炭行业作为我国传统能源的重点行业, 其安全问题不容忽视, 巷道的安全直接关系到煤矿的安全生产, 如何选择合适的支护方式便成为了保证煤矿安全生产, 保障职工生命安全的关键问题。锚、网、喷联合支护是通过锚入围岩内部的锚杆, 克服岩石抗拉强度小的弱点, 充分利用围岩自身抗压强度大的特点, 在巷道周围形成一个整体、稳固的岩石支撑带, 从而达到维护巷道的目的, 是一种积极的防御性支护方法。
1 锚网喷支护作用的机理
锚网喷支护既充分发挥锚杆的作用, 又充分发挥喷射混凝土的作用。同时网使围岩表面破碎圈完整化, 使喷层平整均匀, 同时增加抗弯、抗剪能力, 并具有较高柔性和较大的变形量。锚网喷支护突破了一切旧的支护形式和支护理论, 不是消极地支护已松动破坏的围岩, 而是积极主动地保持围岩的完整性、稳定性、控制围岩变形、位移和裂隙发展, 充分发挥围岩自身的支承作用。即以护为主, 支为辅, 是加固松动圈而不是支护松动圈的一种较为合理且适应软岩变形特征的一种支护形式。锚杆将围岩松动圈进行加固, 形成锚杆———围岩同承载的组合拱, 并可随围岩共同移动。软岩支护中, 喷射混凝土具有以下作用:
(1) 及时封闭围岩, 防止风化。
(2) 改善围岩应力状态, 提高强度, 充填张开的节理、裂隙、固结围岩, 起到补强作用。
(3) 起到柔性支护作用。喷射混凝土能和围岩紧密地粘结在一起, 在厚度不大时具有柔性, 能随围岩一起位移, 并在位移过程中产生支护反力。
(4) 形成组合拱作用。喷射混凝土把破碎的岩块联成整体, 形成承载结构, 从而隔绝深部围岩进一步变形, 使其达到三向应力状态。
锚网喷支护的主要作用:
(1) 挤压加固作用。在锚喷支护作用的过程中, 锚杆全长范围内防止了岩块的错动滑移, 围岩的变形受到抑制, 且两锚杆间的岩块在约束力的挤压下, 产生成拱效应, 加以喷射混凝土也提高了岩体的黏结力, 从而提高了围岩的强度。
(2) 组合、悬吊作用。在巷道围岩中安装锚杆, 提高了顶板岩层的承载能力, 有效地阻止了岩层的层间错动, 喷射混凝土与岩石的紧密黏结, 提高了围岩的承载能力。
(3) 改善围岩应力状态。巷道爆破成型后, 及时地喷射一层混凝土, 将围岩表面凸凹不平处填平, 消除了因岩面不平引起的应力集中现象, 同时, 能使钢筋网紧贴岩面。
(4) 抗变形能力。挂网后, 可使松动的岩石不脱落, 锚杆不外露, 喷射混凝土使得围岩形成一个自然拱, 锚杆全长起到了锚固作用, 钢筋网提高了抗弯和抗大变形的作用。
2 施工工艺
施工的主要工艺流程如下:光面爆破→铺设铁丝网 (拱部) 、安装金属管缝式锚杆→初喷混凝土→铺设钢筋网、安装树脂锚杆→复喷混凝土。其中, 一次支护的工艺流程如下:光面爆破→敲帮问顶→清除浮岩→钻凿锚杆孔→铺设铁丝网 (拱部) 、安装金属管缝式锚杆→初喷混凝土。进行一次支护时, 有以下几点要求: (1) 光爆后, 要及时进行临时支护, 尽量减少空顶时间, 防止片帮、冒顶; (2) 安设一次锚网后, 要及时进行初喷, 以封闭围岩, 减少暴露时间, 防止风化; (3) 初喷时, 要将超挖处喷实填平, 将硐室喷出半圆拱轮廓成形, 为二次支护时铺设钢筋网提供方便; (4) 安装管缝式锚杆时, 在锚杆尾部绑上一根300mm长的8#铁丝, 并在初喷时将其露在喷层之外, 作为二次支护时安装树脂锚杆的标志和挂吊钢筋网之用。一次支护初喷后只要巷道成形好, 没有明显凹凸现象, 二次支护时就相对容易得多。
在进行二次锚网支护时, 需要搭设工作台, 拱部铺设钢筋网和安装树脂锚杆均需要在工作台上进行进行二次支护时, 要求如下: (1) 铺设钢筋网时, 网片要紧贴初喷层面, 使用一次支护时预留的铁丝绑扎, 网片间要求搭接240mm, 并用网片边缘的搭钩相互连接牢。搭钩可以用专用的折钩工具折弯, 钩在相互搭接的网片边缘, 有效搭钩要达到总数的60%以上。 (2) 钻凿锚杆孔时, 采用Φ27mm的钻头, 孔深不小于1750mm, 同时应保证锚杆孔尽量垂直硐室轮廓线。 (3) 安装树脂锚杆时, 锚杆插入后, 必须及时旋转杆体, 以保证树脂与固化剂充分拌和, 保证锚固力。 (4) 锚杆托盘要紧贴钢筋网片, 并拧紧螺栓, 将钢筋网紧压在初喷层面上。
3 影响软围岩锚网喷支护体系质量的因素分析
3.1 锚杆材质对支护质量的影响
管缝式锚杆锚固力与材质、锚杆直径、围岩硬度、爆破质量、锚杆安装方式及安装质量有关。管缝式锚杆用A3钢, 厚2.75mm的钢板加工而成, 设计拉断力12t。A3钢本身抗拉强度低, 一般为240k N/mm2。实践检测, H43mm、L1600mm的管缝式锚杆在细砂岩中的初锚力为5t左右, 在软煤中小于1t, 在软岩中小于4t, 一般2~3t。经分析, 就其受力而言, 因软岩 (煤) 的孔壁有一定的可压缩变形量, 从而对锚杆施加的径向力小而造成。针对这一特点可采用增加锚杆布置密度来提高组合拱的支撑能力。从大量的锚网喷支护巷道的破坏情况分析, 因锚杆材质造成的破坏形式有下列几种:
(1) 锚杆拉断。有受轴向力拉断和偏心受力拉折断等多种破坏方式。因锚杆锈蚀造成强度大大降低和杆体本身抗拉能力不足等造成。
(2) 端头挡圈拉脱。因围岩移动量大而将挡圈拉脱造成网喷层离层而破坏。此种情况分析应为挡圈未满焊或焊接质量不合格。上述问题可选用16Mn钢或20Mn Si钢并经特殊工艺处理制成高强度锚杆, 其抗拉强度可由240k N/mm2提高到650k N/mm2。
3.2 网
实践表明, 真正将网拉断很少见, 多为施工质量。一般从网连接处拉开, 使支护体不完整, 形成弱点、线, 使围岩产生移动空间而发生破坏。
(1) 钩连被拉开。
(2) 施工时未连网或连网不合格, 喷浆隐蔽而不易发现。
3.3 喷射混凝土
因喷层影响支护质量主要有水泥质量、配比、工艺等;工艺方面表现为初喷不及时或初喷过厚造成未及时封闭围岩和喷层与围岩固结不好, 二次支护未执行或执行时间不合理
4 结语
锚网喷联合支护具有超强支护作用。经过检验, 该类巷道支护强度高, 稳定性强, 节省了原材料, 减少巷道维修工程量, 具有良好的经济效益。锚网喷联合支护掘进速度快, 既减轻了职工的劳动强度, 又创造了安全的工作场所, 安全效益显著。
参考文献
[1]陆士良, 汤雷, 杨新安.锚杆锚固力与锚固技术[M].北京:煤炭工业出版社, 1998.
[2]周长巨.锚网、喷、索联合支护在软岩施工中的应用[J].江西煤炭科技, 2008, 2 (2) .
浅谈铅坑矿锚网喷支护 篇6
天湖山铅坑矿的掘进巷道很长时间仍沿用传统的无预应力刚性支护即架棚支护。这种方式支护方式存在维护速度慢、需多次维护等诸多问题。为此,在巷道支护过程中采用锚网喷支护。
1 刚性支护的缺点
我矿维护巷道过去一直沿用架棚支护方式,通过分析和观测,刚性支护有以下缺点:
a)施工断面不得不加大,为了保证达到设计断面,采用工字钢棚支护,需要设计断面加宽0.5 m～1.0 m,处理矸石多;b)不能充分利用围岩的承载能力,支护载体单薄,支撑能力较差;c)被动待压是其最大特点,根本不存在预应力,处于被动状态;d)不能直接作用于围岩,之间存有空间,容易造成围岩继续松动、膨胀,还因岩层的流变错动造成应力集中,导致支护变形,需多次修复。
锚网支护能主动进行预应力支护,避免围岩进一步松动破坏。它可以直接利用自然平衡拱原理,锚固拱以外的围岩,安全系数大。这种支护方式还能充分利用围岩自身强度,形成自动支护,承载体厚度大,受力均匀,不至于造成应力集中。锚网喷支护施工工艺:光爆掘进→临时支护→打锚杆眼→安装锚杆→挂网→初喷→二次支护复喷。
2 合理选择支护参数,搞好锚杆支护设计
选择合理支护参数必须以地质条件、围岩稳定性及巷道设计的宽、高度为依据,确保锚杆的各项支护性能满足要求。
2.1 锚杆长度根据
公式L=N(1.1+B/10)及巷道宽度(B=2.3 m)、围岩影响系数,可知实际锚杆长度选择为L=1.6 m。
2.2 锚杆直径
从锚杆支护效果和经济上综合考虑,
建议采用直径ψ=33.0 mm的管缝式锚杆。
2.3 锚杆间排距
根据公式D=L/2,锚杆间排距为0.8 m。
2.4 金属网的选择
根据巷道变形严重、裂隙较多的实际情况选择挂金属网,主要是用其提高混凝土的整体性,增加喷层的抗拉、抗剪强度,防止喷层开裂。金属网一般使用8#或6#铁丝制作,网孔规格为100 mm×100 mm,并按上下交错的原则编制,节点必须焊接牢固。铺设金属网时,必须铺设平展;网片搭接长度200 mm,用14#铁丝扭接牢固,并在网片搭接处打一排锚杆,以确保网片的牢固性托板应压紧金属网。
3 加强施工质量技术管理
在锚网喷联合支护过程中每道工序的施工质量都直接影响锚杆的支性能,一旦出现一道质量低劣的工序,就会大大降低锚杆支护效果,甚至使锚喷联合支护失去作用。
3.1 提高爆破效果,控制巷道成形
根据地质资料和工程穿过的围岩层柱状情况编制爆破图表。图表中详细规定岩巷炮眼布置数目、角度、装药量和装药结构,并在掘进班组认真贯彻,施工人员按爆破图表进行钻眼、装药和连炮施工。
3.2 进行临时支护
由于巷道掘进过程中锚固存在一定的滞后现象,再加上围岩的不稳定,必须进行临时支护,来保证工作面顶板的完整,并杜绝空顶作业。
3.3 确保锚杆施工质量
锚杆孔必须严格按设计要求的角度、深度施工,否则角度不合适,孔超深或过浅都直接影响锚杆的锚固作用而减小锚固力,使锚杆失效。孔深误差一般为30 mm左右,锚杆固定坚持先拱部,再顶帮,后底帮的顺序,保证锚杆施工质量。
3.4 初喷
初喷30 mm～40 mm速凝混凝土。混凝土选用的材料应是品质坚硬,粒径适中,不含杂质的洁净材料。沙为纯净的河沙,石子粒直径小于20 mm,将粒径大于15 mm的石子控制在以下,石子过筛,并用水冲洗干净。其次是混凝土的配料,水灰比取0.4～0.45。混凝土配合比为水泥:砂子:石子=1:2:2。
3.5 二次支护复喷
混凝土的喷射工艺非常重要,直接影响到喷层的质量。如果一次喷全厚,喷射混凝土因自身塑性及自重过大而脱落或降低其致密程度,尤其对拱顶部分影响最大。而两次喷射则可在第一次喷射时及时封闭围岩,并因其自身塑性使围岩内部应力得以充分释放,从而降低二次支护的负荷。在第一层喷射混凝土固结后,围岩基本稳定时进行复喷,整个喷层的致密性可大大提高。一般初喷厚度为10 mm～30 mm,复喷厚度100±30 mm[1]。
3.6 注意施工细节的监管
a)锚杆孔打好后,上锚杆时必须先把孔内的灰尘清理干净,以防灰尘过多造成锚杆的锚固力降低;b)喷射顺序为:先墙后拱,从墙基开始自下而上进行,喷枪头与受喷面应尽量保持垂直。喷枪头与受喷面的垂直距离以0.8 m～1.0 m为宜;c)搞好锚杆直径、钻孔直径合理匹配,即从支护效果、成本、效率等几方面对锚杆直径、钻孔直径等参数合理选择,能较大地提高锚杆锚固力,改善锚网喷联合支护对围岩的支护效果。
4 应用效果分析
铅坑矿采用锚网喷联合支护效果良好。节省大量支护材料,支护费大大降低;锚网喷支护较传统的砌碹、架棚可以大幅度减轻工人的劳动强度,减少辅助工作量,有力于提高工效,而且施工方便,操作安全;利用锚网喷联合支护,发挥了围岩的自身承载能力,可以改变巷道的承压状态,从而有效地控制巷道变形量。
5 结语
采用锚网支护方式维护巷道,材料、人工消耗少,施工安全系数大,巷道使用周期长,无需二次修复。它具有技术上的安全可靠、经济上的合理可行、并且能减少维修巷道对生产影响等特点,可在各种巷道维修中推广使用。
参考文献
新型锚网喷支护材料的性能研究 篇7
巷道支护结构基本原理是在岩石力学理论的基础上, 通过支护体和围岩联合作用, 充分发挥围岩的自承载力, 以取得更大的经济效益。以下为现代支护结构原理的几个方面:
1) 当代支护构造的原理是把围岩和支护当作由两种材料构成的复合体, 建立在围岩与支护共同作用的基础上。
2) 当代支护原理的另一个支护的规定是充分发挥支护材料自身的承载力。不管是柔性支护、锚杆支护、封闭支护还是分次支护, 必须充分发挥材料的承载能力。混凝土喷层具有一定的灵活性, 并紧紧围绕着围岩, 因此, 混凝土喷层主要应对压缩、剪切破坏和弯曲破坏, 和传统的相比, 可以更好的运用混凝土的承载能力。实验证明, 相比于同厚度的单层, 应支持双层喷涂层的工艺, 因为其提高承载能力达20%~30%。因而可知, 分次喷层也是提高承载力的一种好方式。
3) 发挥围岩的自承能力, 首先必须具有较好的自承载能力, 即围岩保持在坚固状态, 使其充分发挥围岩塑性, 并且具有较好的承载能力。在开始的时候, 当应变或位移增大, 岩体强度一直在允许范围内, 当越来越接近允许变形值, 围岩压力将趋于最小。当岩石刚刚进入塑性时, 其自承力最大。然后随着应变或位移的增加, 其强度将逐渐减弱。因此, 当围岩进入塑性时, 可以发挥最大作用的是自承载能力。现代支护理论要防止围岩松动, 要求由于岩石有一定的塑性, 最大限度地发挥其自承能力。支护结构中要充分发挥围岩的自承载能力, 减小围岩压力, 以进一步改善支护的受力机能。
4) 基于现场测试和监测手段的现代支护理论, 确定最佳的支护形式和方法, 以指导设计与施工。该方法是基于目前的技术水平和地下工程的特点进行总结得到, 是一个理论与实践相结合的方法, 是现代支护理论的重要组成部分。
2 巷道支护网的加固机理
为了避免因局部破坏而丧失整个围岩支护的稳定性, 巷道支护中应当把顶板、两帮和底板看成一个整体。锚网支护在金属网中起支持破碎岩体非锚固区的作用, 是避免落石, 并能转移负荷之间的非锚固锚杆, 能在面部形成支持中心。锚网喷支护可以均衡巷道压力和变形, 提高其整体稳定性。
支护网可以将松软围岩变成镶嵌结构。在巷道剖面的岩石形成的压力拱可承受更大的压力, 防止继续扩大岩崩和岩石破坏区。而碎断效应和电力传输通过螺栓的负荷转移到围岩深部, 以保持压力拱充分发挥自承载能力。实践证明, 金属网作为支持时不可缺少的技术措施, 对锚杆巷道和巷道围岩稳定性的加固效果是很重要的。
支护网有柔性, 具有泄压的作用, 可适应围岩变形, 使得巷道的围岩压力减小。然而, 金属网又具有一定的刚性, 能给围岩表面施加抵抗力, 从而大大改善围岩受力情况, 避免围岩破坏加剧。
巷道由于受到动压的影响, 围岩塑性区和破坏区不断加大, 经常出现漏顶、掉块现象。锚网喷结构能很好的阻止这种破坏, 加固碎块, 防止进一步垮落。同时, 金属网对围岩表面的反力增加了组合拱内碎裂岩石的密实度, 进一步加强了支护系统的稳定性。通过分析矿用支护网的加固机理及其作用, 可提出其作为支护材料的基本要求, 明确适用范围。
3 复合材料网
本文提出的矿井支护复合网是一种由钢丝、聚丙烯等材料, 通过阻燃剂和抗静电的后处理技术, 挤出冷却形成方格网的整体结构, 其整体性、强度、以及控制围岩变形的能力较好, 且支护费用低。
本文中采用的混凝土强度等级为C20。取衬砌结构拱顶的一片圆弧结构为原型, 几何相似比为Cl=2。模型所用材料与原型相同, 即CE=Cρ=1。根据力学知识可知, 影响应力的参量有应力σ, N/m2;截面积A, m2;法向分布载荷p, N/m2;抗弯截面模量D, m3;弹性模量E, N/m2;几何量L, m。参数方程可写作:
用量纲分析法求导相似准则, 其准则形式可取为:
将其量纲代入:
由两边量纲相等, 得方程组为:
将上式中的a、b转换为关于c、d、e、f的函数关系:
相似准则为4个, 所以c、d、e、f应当设定出4套参数, 本文采用最简单方法, 即设其中一个为1, 其余3个为0, 则:
可得出准则为:
由准则, 即CE=Cσ。由于模型与原型所用材料相同, 则有Cσ=CE=1, 即模型上各点所测的应力值与原型对应点的值相等。同理, 准则可得CP=CE=1, 即模型上的法向面分布载荷与原型上所受的实际载荷相同。模型与原型是一个几何相似准则, 因此, 将自动满足。钢筋网壳复合衬砌支护结构试验采用直径为6 mm的的钢筋, 其余的材料为矿用复合材料网。混凝土设计强度为C20。混凝土的配比为水泥∶砂子∶石子∶水=1∶2∶2∶0.45, 试件的厚度为100 mm, 高400 mm。试件浇筑好后在室内养护28 d。喷混凝土是一种先将水泥、砂、石等材料按一定比例混合成的干混材料, 注塑机械将其通过进料管、喷嘴到支撑表面的混凝土混合物, 并在短时间内粘结于被支护工程围岩表面上, 并快速硬化的技术。喷射混凝土和普通混凝土喷不同的特点是, 无振动和依靠高速射流冲击挤压混凝土。喷射混凝土可有效压实混凝土, 并在结合面上传递一定的剪力和拉力, 具有较高的力学性能。
钢筋网壳复合衬砌支护结构试验采用复合材料, 在受力初期与其他材料网相比并无特别之处, 也是先有拉有压, 在3 MPa左右时, 出现中间对称面部位的斜裂缝, 在6 MPa时出现端部裂缝掉皮现象。但是, 当荷载加到6 MPa以后, 其抗拉性能逐渐显现出来, 各个测点均以受拉为主, 并不断承受其受力的加大。压强达到8.5 MPa时结构破坏。破坏状态为:衬砌沿中部出现多处倾斜裂缝, 端部被压碎破坏。实验发现, 从承载能力上看, 钢筋网和复合材料网的承载能力相差无几, 可在岩巷道或煤巷使用;钢筋网在上部出现的横向裂缝, 主要为保护层被压坏, 混凝土沿着保护层与钢筋的交接处发生了破坏, 原因为此处钢筋与混凝土的咬合不好, 形成易破坏的截面, 两种材料的变形不一致。在实际使用中, 可考虑在混凝土中掺和纤维, 增加混凝土的整体性和与支护网的耦合能力。复合材料网的性能较佳, 主要表现为, 在具有了良好抗弯性能的同时, 抗拉性能也较好, 在受力初期, 因为具有较好的刚度, 因此可较长时间抵抗上部压力。当弯曲挠度达到一定程度时, 材料良好的抗拉性能发挥了作用, 限制了挠度的进一步增加。因此具有比另外两种材料更强的承载力。
在锚网喷施工中, 可以将材料网与锚杆以及喷射混凝土结合起来形成复合材料网。复合材料网可封闭围岩, 起到传力作用, 将荷载分布到锚杆上, 使锚杆发挥梁作用和减跨作用;锚杆可加固围岩, 将松动区的围岩压力传递到围岩深处的坚固部位, 起支撑作用;喷射混凝土将材料网和锚杆连接成整体, 使之形成一个坚固的支护体系。因此, 结构变形破坏较小的巷道, 可采用复合材料网作为支护网;破坏严重的巷道, 可采用传统钢筋网与复合材料网共同支护的组合方式, 在喷射混凝土中靠近围岩的一层铺设复合材料网, 其良好的抗弯和抗拉性能可起到基础支护的作用, 外层铺设传统钢筋网, 其较大的强度可作为支护结构的最后一层保障。这也符合联合支护理论“先柔后刚, 先让后抗, 柔让适度, 稳定支护”的基本思想。
复合材料网较钢筋网而言价格低廉, 质量较轻, 运输方便。工人的施工强度低, 省时省力, 是作为巷道支护的理想材料。
网架承载性能最好, 整体性较强, 因此出现中部裂缝的时间最晚, 且45°方向出现裂缝后才破坏, 破坏性状明显。复合材料网内有较大数量和强度的钢丝, 因此刚度较强, 较长时间的抵抗了弯矩和剪切力, 且交错点非搭界, 而是相对牢固的铰接, 这样形成整体后, 每根钢塑网带的拉断力比搭接大了很多, 使得看似“柔弱”的复合材料网试件大大增强了其承载能力。在试验中两端的支座既起到了固定作用, 又限制了横向位移, 使得其抗弯和抗剪能力得到提升。复合材料网纵横方向拥有较强的承载能力, 双向拉伸构成筋和肋的相互垂直, 这类结构使得施加于网面的压力可以经过节点有效地向四处筋肋传送, 大大提高了整个网面承载力, 因此不会造成筋肋的断裂。而且, 由于该网络是一种双向拉伸, 因此净孔蠕变小, 网格大小均匀, 在喷射混凝土之前, 可以有效地防止落煤, 保证工人的安全和地下矿车运行的平稳安全。
在正常使用情况下, 新型网架的支护效果较理想且较经济, 是软岩巷道的理想支护材料, 破坏状态为:衬砌沿中部出现多处倾斜裂缝, 端部被压碎破坏。端部掉皮直至破坏现象, 主要原因为在端部发生了实验中不可避免的应力集中, 使得整个试件的承载力降低。然而实验中只是取支护结构的一部分, 在实际工程中, 喷射混凝土将网片完全包裹, 形成一个整体, 不存在端部应力集中的情况。从经济角度考虑, 新型材料网的价格较钢筋网而言更低廉。其质量轻, 可弯曲, 运输方便, 可根据实际尺寸随意裁剪, 工人的施工强度低, 省时省力, 是作为巷道支护的理想材料。
4 结论
新型复合材料网衬砌结构为巷道支护成功开辟了一条新的途径。在符合结构要求的条件下, 可以获得较好的支护效果以及经济效果, 为研究替代传统钢筋网开辟了新的思路。
摘要：随着矿井开挖深度的加深, 维护巷道稳定所进行的支护问题变得尤为重要, 也成为了矿井发展的重难点之一。喷射混凝土、锚喷支护和可伸缩的金属支架是目前支护的方法, 但后期的大规模维修和浪费现象严重。在满足实际使用要求的前提下, 新型复合材料网具有质轻、耐腐、价廉的优点。本文在锚喷支护原理的基础上, 选用新型复合材料, 研究了巷道支护理论。
关键词：锚喷支护原理,复合材料,巷道支护
参考文献
[1]付国彬, 姜志文.深井巷道矿山压力控制[M].北京:中国矿业大学出版社, 1996.
[2]国外煤矿深部巷道矿压的研究[J].周国才, 译.矿业译丛, 1991, 49 (1) .
[3]Farmer, L.W.岩石的工程性质[M].汪浩, 译.徐州:中国矿业大学出版社, 1988.
锚网喷+锚索 篇8
1 工程及地质概况
83002#位于老虎台矿井田西冀, 运输水平设在-830m, 回风水平设在-780m, 距地面标高903m。南部为F25断层保护煤柱, 北部为未采区原生煤体, 西部为深部瓦斯工程, 东部为73003#。顶板上部为83001#和78002#采空区, 施工中每隔30m向顶板打探孔, 打到上幅采空区, 顶板煤厚9到15m。运输顺槽东段坡度为7°53′22″, 巷道长度378m;西段坡度10‰, 巷道长度298m。运输煤门巷道坡度为10‰, 巷道长度231m。回风顺槽东段坡度为6°58′03″, 巷道长度410m, 西段坡度为3°28′53″, 巷道长度180m。回风煤门由北向南掘进煤巷部分先以坡度10‰掘进30m, 然后再以20°掘进与北进岩掘工作面贯通。巷道掘进过程中全部采用锚网喷砼架O形棚复合支护。
2 支护参数的确定
2.1 理论依据。
锚网喷联合支护的主要理论依据是锚杆的挤压组合拱理论。锚网喷联合支护可以把围岩松动圈以内的煤 (岩) 体通过挤压而组合成拱, 在围岩应力的作用下产生整体塑性变形, 释放一部分原始应力, 最后形成稳定的挤压组合拱, 把被动支护变为主动支护。
2.2 锚杆间、排距。
按组合拱理论, 锚杆的长度和间排距与组合拱厚度之间的关系符合下式, 即
式中:b为组合拱厚度, m;L为锚杆有效长度, m;
α为锚杆在松散岩体中的控制角, (°) ;
a为锚杆的间、排距, m。
锚杆的控制角一般按45°计算, 这样对松散体比较安全, 因此, 上式可简化为b=L-a;通过对煤层松动圈测试, 确定83002#煤层组合拱厚度不小于1.2m比较安全, 则a=L-b=2-1.2=0.8m。
3 支护要求及分步施工
3.1 支护要求。
掘进工作面锚网支护完毕, 先喷砼形成锚网喷支护, 然后架设五节棚 (临时支护) 。根据煤质情况决定, 喷砼的滞后距离。运输顺槽和运输煤门由于煤质较硬, 锚网滞后工作面100～150m。架设六节O形棚的上三节接临时短腿, 巷道贯通后再拆掉短腿安上下三节形成O36形棚。
风顺槽与回风煤门由于煤质较软, 锚网后五节棚紧跟到掌子头, 滞后100～150m喷砼封闭煤体, 最后拆卸短腿换成O29棚。
3.2 分步施工。
3.2.1 截割与锚网。
正常情况下, 掘进机每割完一片网的进度后, 进行铺设金属网、打顶部锚杆, 然后打两帮锚杆。如顶板不好、煤质破碎时采用手掘的方法进行作业, 并进行留“鱼尾”的方法掘进, 及时采取支护措施控制、维护顶板, 防止冒顶。
3.2.2 架设五节棚。
使用不小于3.6m的小铁道前探挑梁, 并用钩子和楔子固定在已架设的前三架棚梁上, 上梁后对准激光指向仪按规定的参数进行调整。安设两帮的上侧梁与短腿。先安上侧梁后接短腿, 卡子和铁拉杆上好前后成线, 用气动扳手紧固, 用中木半刹实帮顶, 形成五节棚支护 (临时支护) , 为最后换O形棚棚创造条件。
3.2.3 喷浆。
巷道掘进100～150m后, 开始喷砼。喷射顺序为先帮后顶、自下而上, 喷枪头与受喷面尽量保持垂直。喷射的砼配比为水泥:砂子:砾石=1:2.5:2, 一次喷砼厚度50mm左右, 然后及时补喷达到设计厚度。
3.2.4 换O型棚。
采用爆破法爆破底部, 将短腿撤掉出货至底板, 安两帮的下侧梁, 下底梁。卡子皮垫垫好后, 用气动扳手紧固卡子螺丝, 形成六节O型棚支护。两帮与底板用刹杆挤牢, 打紧楔子。
4 施工中应注意的几个问题
4.1 上述施工方法适用于整体性能良好的稳定煤层。构造带或破碎带煤体采用这种方法施工时, 不易控制冒顶。
4.2 由于采用螺纹钢代用锚杆, 要防止有时出现锚杆外露长, 锚固力达不到要求, 而出现不合格锚杆。
4.3 要注意防止出现由于煤质破碎架棚后喷砼, 喷砼效果差的问题。
4.4 喷浆时要把缝隙喷实, 保证喷层厚度一至, 达到整体支护效果。
4.5 施工后一个月内要对巷道支护进行喷水养护, 每天1次。
5 施工速度及支护材料成本分析
与锚网架U支护相比, 施工速度稍慢一些, 但不用维修, 而且有利于达标工作。83002#锚网喷砼架O形棚支护由于使用了水泥及砂子等材料, 其支护材料成本高于锚网U巷道, 但从准备到回采结束不用维护, 消灭了煤的自燃发火, 安全有了保障, 总成本不仅不会升高, 反而还会下降低。
6 结论
83002#于2007年1月进行锚网喷架支护施工, 至今已9个月。锚网喷架O支护的巷道没有变形破坏现象, 顶、底板与两帮的相对移近量特别小, 支护效果良好。巷道顶、底板与两帮相对移近量, 从巷道移近量观测曲线图可以看出, 巷道施工完成24天后巷道基本稳定, 顶板和侧帮基本无移近量发生。83002#煤巷锚网喷架O形棚支护在老虎台矿的使用, 是支护改革进一步向前发展的重要标志, 将来它的前景会更广阔, 经济效益也会更好, 对煤矿安全生产会起到相当大的作用。
参考文献
[1]张峰.煤炭技术[J].矿用U型钢支架设计, 2010 (10) 16-17.
[2]侯立宁.煤炭技术[J].锚杆支护巷道中钢带作用分析, 2009 (11) 54-55.
[3]宋宏伟.井巷工程[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.
[4]杨相海.井巷工程[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2008.