锚杆(索)（共7篇）
锚杆(索) 篇1
摘要：以四明山南翼胶带下山为研究对象, 运用FLAC数值软件模拟巷道在无支护、锚杆支护、锚索支护和锚杆、索联合支护下围岩应力变化情况, 得到巷道围岩应力变化规律, 对支护机理进行分析, 为锚杆支护设计及现场施工提供技术指导。
关键词：支护机理,围岩应力,组合作用
0 引言
锚杆索耦合作用支护体, 能使巷道开挖引起表面围岩单向和双应力状态变为三向状态, 且耦合作用使锚杆在其长度范围内的岩体内部形成具有一定承载能力的内部支护结构。可以提高巷道围岩的内聚力和内摩擦角, 增加了锚杆锚固范围内围岩的强度和内部支护结构的承载能力, 阻止巷道围岩极限平衡区的扩大, 减小巷道围岩的变形, 使巷道处于稳定状态[1,2]。
1 矿井概况
四明山煤业9#煤层位于太原组 (C3t) 中部, 上距3#煤层59.14 m, 煤层厚度0 m~3.50 m, 平均1.28m, 属薄~中厚煤层, 夹矸0层~1层, 结构简单稳定的大部可采煤层, 顶板多为泥岩和砂质泥岩, 底板为砂质泥岩。井田总体构造简单。
以南翼胶带下山巷道为研究对像, 运用FLAC数值软件分别模拟四种方案:无支护、锚杆支护、锚索支护和锚杆、索联合支护。
2 围岩力学参数
对南翼胶带下山巷道顶板进行取样, 钻孔深度16m, 加工成标准试件, 运用电子式万能材料试验机对岩样进行单轴抗压强度测试, 钻孔范围内顶板岩层为:南回风巷顶板以砂质泥岩和泥岩为主, 颜色为灰色、灰黑色, 砂质泥岩完整性较好, 泥岩层理发育良好, 岩芯基本为薄片状, 完整性很差, 并夹有薄煤层, 厚度为0.5 m。主井联络巷顶板以灰岩为主, 颜色为灰黑色、红褐色, 岩层破碎, 完整性很差。围岩物理力学参数详见表1所示。
3 数值模拟方案
运用FLAC数值模拟软件中Mohr-Coulomb模型对四明山顺槽支护中锚杆、锚索支护机理进行分析研究。
3.1 试算模型
运用FLAC数值模拟软件建立模型对支护参数进行检验, 模型上边界为载荷约束, 载荷按煤层上覆岩层重量考虑, 水平边界为位移约束, 施加水平约束, 底部固定边界, 底板岩层取10 m, 9#煤层厚度3.0m, 顶板岩层取50 m, 则模型高63 m, 模型共划分45 750个单元, 56 825个节点, 建立数值计算模型, 施加边界条件。在计算时, 巷道所受压力为上覆岩层的自重, 因此, 首先模拟原岩应力状态, 在原岩应力达到平衡后, 进行位移归零, 然后再进行巷道开挖模拟, 最后开挖巷道计算达到平衡[3]。
3.2 模拟结果
图1、图2为巷道在无支护条件下的垂直应力和水平应力分布图, 图3为锚杆索组合支护应力分布图。
从图1~图3可以看出, 锚杆、锚索支护具有以下重要作用:
a) 锚杆索联合支护, 显著提高了锚杆锚固区内的压应力值;b) 在锚杆与锚索之间, 有效压应力区相互连接、重叠, 对锚杆、锚索之间围岩的主动支护作用非常明显;c) 锚索支护的实质是有效地调动顶板深部稳定围岩的承载能力。尤其是对于跨中弯矩较大的大跨度巷道, 通过增设锚索来减小跨度, 可避免造成锚杆组合拱的剪切破坏, 提高巷道围岩的稳定性[4,5]。
4 结语
巷道开掘后, 原来处于平衡状态的围岩应力受到破坏而产生应力集中并重新分布。在这一过程中, 围岩出现破坏区和塑性区, 巷道围岩逐步呈不稳定状态。锚杆索联合支护, 显著提高了锚杆锚固区内的压应力值。有效压应力区覆盖了锚杆锚固区内和锚索自由段长度范围内的大部分区域, 连接、叠加成一个范围很大的主动支护区, 有效控制住了巷道在开挖后围岩变形。
参考文献
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ANSYS中锚杆(索)模拟探讨 篇2
关键词：锚杆(索)模拟,有限元分析,边坡支护
一、引言
ANSYS是一个大型通用的商业有限元软件。功能完备的前后处理器、强大的图形处理能力和得心应手的实用工具使ANSYS易学易用。ANSYS软件最显著的特点是具有多场耦合分析功能,可以处理高速变形和高度非线性问题;可以较好地模拟岩土的力学性能,包括对断层、夹层、节理、裂隙和褶皱等地质情况的模拟;还可以考虑非线性应力——应变关系及分期施工过程,使得实际情况在计算中得到较好反映。
但是ANASYS在岩土工程应用方面仍存在一些问题,如标准ANSYS程序中土本构模型较少,缺少岩土工程数值计算中常用的修正剑桥模型。锚杆支护是岩土工程极为常用的加固支护方法,但是ANSYS软件缺少专门的锚杆单元,运用该软件模拟锚杆支护时比较困难。笔者尝试用ANSYS模拟某边坡工程锚杆支护效果,分析计算其稳定安全系数。
二、工程概况
四川省达县南外镇曹家梁兴建城市风景商住小区B区场地开挖后,将形成长约60 m、高约35 m的人工边坡。钻探揭示坡体岩土体组成由上到下分别为卵石夹粘土层,强风化砂岩,中等风化泥岩以及微风化砂泥岩层。其中卵石夹粘土层最厚达到14 m,强风化砂岩平均厚度为5 m,中等风化泥岩平均厚度11.8 m。工程地质剖面见图1。
边坡各岩土层参数见表1。
受场地放坡限制,采用预应力锚杆(索)框架梁支护的方法,支护后的边坡安全系数为2.8,支护设计见图2。
三、有限元分析——锚杆(索)的有限元模拟
ANSYS没有锚杆(索)单元,所以在模拟锚杆(索)时大家有很多不同的看法。有的认为ANSYS中模拟锚杆(索)不能模拟锚杆(索)与围岩的接触,建议不模拟,将围岩和锚杆(索)作为一种材料来模拟,根据研究的经验直接提高相关参数值。
有人建议锚杆(索)可以用LINK,COMBIN等单元,它们之间用AGLUE命令粘结一下就可以。同时锚杆(索)嵌入的一段要UX,UY设置为0。
个人建议用LINK1模拟锚杆(索),把要耦合的节点定义为硬点,这样采用自由划分时,硬点就会自动转化为节点,此方法可以解决手动计算耦合点的麻烦,而且快速方便。该单元依具体的应用,可模拟桁架、链杆及弹簧等。该二维杆单元每个节点的自由度只考虑x,y两个方向的线位移,是一种可承受单轴拉压的单元。
现场调查得知,该边坡坡顶为县气象局职工住房,一般为7层砖混结构。取房屋建筑传至地面的压强为200 Kpa,采用此方法生成的、并施加荷载后的边坡有限元模型见图3。
本文采用Mohr-Coulomb破坏准则进行边坡的相关稳定性分析,边坡位移见图4。
由图4可以得知,锚固后边坡最大变形约为11 cm,最大位移点位于坡顶靠临空面处。
边坡X与Y方向的应力见图5、图6。
锚固后X方向的最大拉应力由锚固前的303.3KPa减少到74.8 KPa,Y方向的最大拉应力由锚固前的357.3 KPa减少到36.4 KPa。从应力角度分析,锚固效果还是比较明显的,大大减少了导致边坡破坏的拉应力。
采用有限元强度折减法计算可知,锚固后边坡的稳定安全系数为3.4,边坡处于稳定状态。
四、结语
(1)通过ANSYS有限元分析可知,该边坡锚固支护后稳定安全系数为3.4,边坡处于稳定状态。
(2)本次边坡模拟没有考虑边坡的节理裂隙、地下水渗流等不利影响,建议边坡稳定性分析把节理裂隙、地下水渗流等相关不利因素考虑进去。
(3)本次边坡模拟没有考虑边坡不同岩土接触层面的耦合效应,建议把边坡各岩土层上下具有不同物理力学性质的接触面粘合起来进行数值分析。
参考文献
锚杆(索) 篇3
1 锚网支护巷道冒顶类型及原因分析
近年来对实际生产过程中对锚网巷道冒顶事故的统计, 以按冒顶形式可划分大致可分为:掘进迎头区冒落型、大范围压垮型冒顶、局部漏垮型冒顶。
掘进迎头区冒落型, 主要是因地质构造发生变化, 巷道顶板结构复杂, 岩性破碎节理发育明显等造成顶板完整性和强度低, 自稳能力差。巷道开挖下部煤岩后, 上部煤岩失去下部煤岩的支撑力, 当该岩块的下滑力大于四周原岩所施加的侧向摩擦力时, 岩体就会发生下滑造成冒顶事故。此类事故主要发生在顶板支护不及时的掘进迎头和整修头, 冒顶后顶板呈:三角锥型、梯型、倒梯型、矩型等。
大范围压垮型冒顶。主要由两方面造成:一是支护设计不当, 巷道顶板或围岩施加给锚杆 ( 索) 的压力超过锚索的破断载荷所致, 锚杆 ( 索) 的支护参数选择不合理没有正真的将锚索固定在松动权以外的坚硬原岩中, 导致锚索锚固力达不到设计要求;二是掘进施工过程中施工工艺不合理, 原岩遭到人为破坏、施工工程质量把关不严、支护材料材质不合格;三是顶板监管不到位。没有及时对岩层压力和锚杆 (索) 的锚固力进行监测, 顶板离层下沉后没有及时采取相应的补充措施。
局部漏垮型冒顶。主要是因巷道顶板岩性松软破碎, 长期遇到风水浸蚀风化严重, 尤其是顶板支护强度不够时岩石下沉挤压进一步破坏表层顶板岩石, 继而顶板表层开始出现不间断的局部掉砟, 并逐渐向内部岩层延续, 最终导致锚杆 (锁) 等锚杆 ( 索) 支护失效, 最终导致巷道顶部破碎岩层在重力作用下冒落。
2 煤巷锚杆支护巷道冒顶的特点
煤巷锚杆支护巷道冒顶事故与架棚支护巷道的冒顶事故相比, 大部分冒顶事故都发生在地质条件变化的地点, 冒顶宽度一般小于巷道宽度, 冒顶高度一般是巷道高度的1~3 倍。其具有以下三方面特点:第一频发性。锚网巷道支护质量 顶板压力和支护效果很难把关, 监测监管落实不到位, 煤层顶板的破坏隐蔽性强, 许多冒顶没有明显的预兆, 加强支护的补充措施跟不上去。第二广泛性。矿井巷道分布复杂、范围广, 任何一个地点无论是井筒、巷道和硐室, 是采掘工作面随时都有发生顶板事故的可能。第三突发性。煤矿地质条件复杂, 大多发生在瞬间, 随机性大, 呈突发性。平时支护良好的采掘工作面会突然在冲击地压的作用下, 锚网支护强度瞬间达不到要求, 造成冒顶、 片帮等顶板事故。
3 预防措施
3.1 合理选择巷道的位置
从巷道生产设计中, 必须严格考虑巷道的布置和层位间的相互关系, 巷道应布置在稳定的围岩强度高的煤层或底板岩体中, 且尽量避开应力集中区和地质构造带, 少掘交叉巷道和上下重叠的巷道。
3.2 合理选择巷道支护设计方法
根据生产需求, 尽量减少巷道断面尺寸和掘进量, 巷道围岩是一个极其复杂的地质体, 在进行支护设计时应对围岩各类地质力学条件进行分析比较, 确定合理支护参数, 使之应有足够的支护强度以抗衡围岩压力。应根据不同围岩的力学性质采取不同的支护参数, 即使是同一巷道在不同地质条件下, 也要及时根据变化的地质情况, 及时调整支护参数。设计方案要通过实际生产施工, 对其顶板进行监测, 反复实践、检验。巷道在掘进过程中应及时进行顶板探测, 随时掌握顶板岩性的变化, 合理调整锚杆、锚索的参数, 在动态中逐步优化完成, 使每一根锚固均能达到设计需要的锚固力。
3.3 确保煤巷锚杆支护的施工质量
根据支护设计要求, 对支护材料详细的质量验收, 确保支护材料强度达到设计要求。强化施工质量, 定期对锚杆 (锁) 进行拉拔力实验, 使每一个根锚杆 (锁) 都具有相应的初锚力, 减少外围岩层与深部围岩的离层。锚杆 ( 索) 巷道的必须及时支护, 避免空顶。尽可能做到锚杆 ( 索) 及早与围岩共同承载, 充分发挥锚杆 ( 索) 的主动支护作用。严格要求巷道支护的工程质量, 保证锚杆安装质量, 充分发挥锚杆在支护中的作用。帮锚网要及时跟头, 做到一次成巷。放炮前必须加固, 如二次紧固锚杆螺母等。掘进工作面要及时进行临时支护, 严禁空顶作业。
3.4 加强特殊巷道的支护强度
巷道掘进遇到地质构造破碎带、老空带及交叉巷道时, 必须根据巷道岩性特点, 重新核对支护参数, 选择符合要求的支护设计。
4 结束语
为更好的推广煤巷锚网支护新工艺, 我们必须扬其所长避其所短, 严格控制煤巷锚杆支护冒顶事故的发生。为此, 在选择煤巷锚杆支护之前, 我们必须严格审核, 对巷道顶板岩性、四邻关系、支护参数、施工工艺、等认真分析。加强生产管理, 注重顶板监管, 在生产过程中不断优化支护方案。严格按技术措施执行, 坚持正规循环, 保证其支护质量, 才能有效避免冒顶事故的发生。
参考文献
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锚杆(索) 篇4
在工作面回采过程中, 巷道在采动影响下, 围岩受到明显扰动, 使得巷道产生明显变形量, 甚至造成围岩破坏, 大大降低围岩稳定性[1,2,3]。锚杆 (索) 支护方式具有工艺简单、安装速度快、效率高、劳动强度低、成本低等优点, 并且可以有效提高巷道围岩稳定性, 从而能够充分保障巷道安全性, 是应用最为普遍和成熟的巷道支护技术[4]。
凉水井煤矿地处榆神矿区二期规划区的西北部, 矿井北接神府矿区, 南邻西包铁路, 西与锦界煤矿毗邻, 年产量400万吨。凉水井煤矿421盘区的42108工作面宽度240m, 走向长度为4045m, 开采的4-2煤平均厚度约为3m, 采用综合机械化采煤方法。文章中作者根据42108工作面工程地质条件进行巷道锚杆支护设计, 并应用FLAC3D对支护前及支护后的围岩稳定性进行分析, 为相似工程提供了理论及实践依据。
1 工程概况
凉水井煤矿42108回风顺槽断面设计主要为矩形, 巷道平均埋深190m。该工作面回风顺槽顶板为层状复合顶板, 煤层上岩体为软硬交替层状岩石, 其中有少量夹矸, 夹矸平均厚度为0.15m。巷道顶板直接顶为泥岩, 老顶为砂岩, 老顶单轴抗压强度Rc=23MPa, 抗拉强度Rt=23MPa。老顶岩性为上部粗砂岩, 下部细砂岩, 岩体中含石英, 长石及云母。直接顶泥岩平均为1.9m, 含植物化石及黄铁矿结核。直接底为粉砂岩, 平均厚为1.5m, 灰色、灰黑色, 硬度中等, 夹石英砂岩薄层。老底为粉砂岩加石英砂岩, 平均厚度为11.43m, 灰色, 黑灰色, 粉砂岩、石英砂岩互层, 硬度中等, 为石英砂岩时硬度较硬, 含植物化石及含黄铁矿结核。巷道顶板各层岩层的物理力学性质如表1、2所示。
2 锚杆 (索) 支护设计
2.1 冒落拱高度计算
主要依据非弹性区理论和组合拱理论进行设计计算[5,6]
巷道宽B=5.5m, 半跨a=2.75m, 高h=3.5m, 等效圆半径
则不支护时煤巷内部最大非弹性区半径R0为:
式中:P为累计地应力19023=1.37MPa.
则两帮非弹性区深度:a1=2.38-1.75=0.63m,
顶部非弹性区深度:
a2=2.38-3.26/2=1.63m
冒落拱高度:
2.2 顶锚杆参数设计
顶板采用Φ18的左旋螺纹钢锚杆, 屈服强度为65k N。选取锚杆排距为, 顶板冒落拱内锚杆承受煤体的重量:
G=γ×D×S
式中:γ为顶板岩体容重;S为冒落拱包络线内岩体截面积;D为锚杆排距。
代入数据, 考虑动压影响系数得:
G=k1×γ×D×S
式中:k1为动压影响系数。
取动压系数为2.0, 则:
G=0.0184×2.0×1×3.3×1.8=218.6k
N则每排锚杆的根数n为:
因此, 选取锚杆根数为n=4, 则锚杆间排距为900×1000mm。
锚固长度:
式中:P-锚杆设计拉拔荷载;K-安全系数;D-钻孔直径;τr-锚杆锚固端与岩体间的粘结力。
则锚固长度为:
单根锚杆锚固时所需锚固剂的根数为:
式中:la-每根锚固剂的长度。
2.3 帮帮锚锚杆杆参参数数设设计计
根据理论计算结果对凉水井煤矿42108回风顺槽帮部锚杆的支护参数选取方案为:两帮各三根锚杆, Φ18×1800mm型左旋螺纹钢锚杆, 间排距为900×1000mm, 设计锚固长度1200mm (注:1根长600mm) 。
2.4 锚索参数设计
锚索的作用主要是根据悬吊理论将锚杆所锚固的组合梁悬吊于顶板深部较稳定岩层。顶锚杆长度1.62m, 设锚索承重范围超出锚杆0.25m, 锚索排距为2.0m, 则锚索所承受的上部岩体重量为:
G=γ·S·D=0.0184× (3.3+0.25×2) ×1.8×2.0=347.8kN
直径Φ17.8mm钢铰线, 屈服强度为280k N, 则每排锚杆的根数n为:
则每排选用2根, 其锚固长度:
取锚固长度2.0m, 顶索长度由下式计算:
式中:Lc-锚索外露长度, 取0.3m;Lb-锚索的自由段长度, 取3.2m。
根据地质条件, 直接顶最大厚度为3.8m。老顶作为锚索的锚固点, 因此, 顶板锚索长度为:
L索=2.0+3.8+0.3=6.1m
综上所述, 对42108回风顺槽理论计算所得锚杆 (索) 支护参数优化方案如下: (1) 锚杆。顶部4根锚杆, Φ18×2000mm型左旋螺纹钢锚杆, 间排距为900×1000mm, 锚固长度1200mm (注:单根锚固剂长600mm) , 靠近两帮的两根锚杆与水平呈45°进行锚固, 预紧力43KN;巷道两帮各3根锚杆, Φ18×1800mm型左旋螺纹钢锚杆, 间排距为900×1000mm, 锚固长度1200mm (注:单根锚固剂长600mm) , 预紧力为30KN。 (2) 锚索。取锚索长度为6.5m, 锚固长度为1.8m (注:单根锚固剂长600mm) , 锚索间排距为1.6×3m, 预紧力为100KN。凉水井煤矿42108回风顺槽锚杆 (索) 支护参数优化如图1所示。
3支护效果数值模拟分析
针对凉水井煤矿42108工作面回风顺槽的地质采矿条件, 根据采矿工程问题特点, 利用FLAC3D模拟软件, 建立了合理的数值分析模型分别对支护前及支护后的巷道围岩变形及应力分布进行模拟分析[7,8]。模拟结果如图2-图7所示。
通过数值模拟分析可以得出, 巷道在没有采取支护措施时, 顶板下沉量达到了35.5mm, 采取支护措施后顶板下沉量18.3mm, 减少了48.5%。而两帮位移量减少了50.6%;巷道在未采取支护措施时竖向应力分布过于集中, 不利于保持围岩稳定, 采取支护措施后顶板中竖向最大应力为0.67-1MPa, 抛物线分布, 在支护作用下, 煤柱应力在两帮煤柱中分布范围加大, 最大应力8.35MPa, 避免了因应力集中而引起煤体破坏。根据巷道在优化前后支护条件下数值模拟结果的对比分析可以看出42108工作面回风顺槽在支护条件下巷道变形明显减小, 而且有效优化了应力分布, 说明采用新的支护参数有效的维护了巷道的稳定性, 达到了预期目标。
4 结束语
文章以凉水井煤矿42108工作面回风顺槽为背景, 以冒落拱理论为基础, 利用相关理论进行巷道锚杆 (索) 支护设计, 并用FLAC3D进行数值模拟分析, 对支护前及支护后的围岩移动及应力分布等围岩稳定性指标进行对比分析, 结果显示采用文章提出的锚杆 (索) 支护方式能够有效减少围岩移动量, 避免应力分布过分集中, 从而能够有效保持围岩稳定性。
摘要：以凉水井煤矿42108工作面回风顺槽为工程依托, 进行巷道锚杆 (索) 支护设计, 并用FLAC3D进行数值模拟分析, 对支护前及支护后的围岩移动及应力分布等围岩稳定性指标进行对比分析, 结果显示采用文章提出的锚杆 (索) 支护方式能够有效减少围岩移动量, 避免应力分布过分集中, 结果显示该支护方案能够有效保持围岩稳定性, 为相似工程提供了理论及实践依据。
关键词：锚杆支护,模拟分析,FLAC3D,冒落拱理论
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锚杆(索) 篇5
高边坡的加固防护主要分支挡结构、排水措施、坡面防护三个方面。其中:支挡结构通常有预应力锚索 (杆) 、高大挡土墙、抗滑桩等形式;排水措施对地下水主要采取“引排”的办法, 对地表水则采取“快排”的方法;坡面防护对土质边坡可采用框格式植草防护, 对于岩石风化破碎严重或土质松散的边坡, 可采用浆砌片石护面墙、路堑矮墙等形式。
1 项目简介
铜汤高速公路起于铜陵长江南岸的庐铜高速公路, 终点于黄山区汤口镇山岔村, 接汤口—屯溪高速公路, 路线全长116.146km。该路段路堑边坡多, 相对高差在20~80m左右, 岩石破碎, 裂隙发育, 易产生坡面剥落、冲刷, 坡体垮塌、溜坍、滑动、错落等不良地质现象。据统计全线超过20米的高边坡近百个。其中, 大部分需进行加固处理, 而其中又以锚杆 (索) 加固为最多。
由于高边坡防护工程其成败直接影响到今后高速公路的运营安全, 因此如何做好路堑高边坡防护加固工程质量监控, 特别是如何做好锚杆 (索) 的施工监控, 成为该路段高边坡工作的重点内容之一。
2 锚杆 (索) 加固工程质量监控
高边坡锚杆 (索) 加固工程质量监控主要从以下各方面展开:
2.1 在接到施工单位“开工申请单”后, 专业监理工程师应到现场进行实地勘察, 了解锚杆 (索) 加固工程坡位的地质特征。
2.1.1 确定工程部位的地质构造
详细观察工程部位的地质构造, 有无断层通过和坡面滑动迹象;观测坡面岩土层的裂隙发育情况, 岩层及裂隙产状;判断引起坡体滑动的后缘控制面和主滑面的裂隙产状, 形成前缘出口的裂隙产状和产生边坡松弛的结构产状。
2.1.2 初步确定锚固段地层层位
观察边坡各级 (从路基开始, 一级一级往上观测) 土层和风化岩强度的变化, 详细划分坡面的岩土类型, 估算坡残积土、土状强风岩、块状强风化岩、弱 (中) 风化岩、微风化岩的厚度和深度, 初步确定锚固段所处地层层位。
2.1.3 了解地下水赋存
根据山区地形特点, 一般三级坡以上无地下水赋存, 一、二级坡内块状强风化~微风化岩由于裂隙发育, 有基岩裂隙水赋存, 往往会影响锚孔钻造的施工, 因此应考虑合理的钻造工艺, 相应采取措施。
2.2 掌握设计依据和设计目的
应详细对设计施工图进行分析, 了解设计孔深、锚固段长度、锚孔倾角、设计拉力等, 锚固段地层是否是在该坡松弛结构面以下或坡体滑动的后缘控制面以下, 以达到锚固效果。
2.3 锚孔钻造施工的现场监控。
监理工程师依据程序, 对现场设备和材料 (包括钻机、空压机、脚手架、注浆机、钢绞线、注浆管以及配套材料与配件) 、施工队伍资质和主要人员施工简历、施工组织、工艺流程、质保体系和安保体系的建立等进行审查, 已具备开工条件的情况下, 批复开工报告, 进行各锚孔钻造。在施工过程中, 主要检查的内容有:
(1) 检查孔位处坡面坐标和标高是否经测量检测, 放样拉线是否平直, 要求标记各孔孔位, 孔位纵横误差<50mm, 标高误差<100mm;
(2) 锚孔钻造机安装倾斜度是否与锚孔设计倾角相等, 误差为±1 (用地质罗盘量测) ;
(3) 锚孔钻造脚手架是否牢固, 各部分螺扣是否紧牢;
(4) 钻孔钻进采用无水干钻, 严禁用水钻进;
(5) 详细观测记录岩土层深度并进行岩土命名, 分坡残积土、土状风化岩、块状强风化岩、弱 (中) 风化岩、微风化岩的钻孔深度 (从吹出的岩粉判别) ;
(6) 钻孔深度应大于设计深度0.5mm;
(7) 达孔底深度后, 稳钻1~2分钟或更多时间, 防止孔底尖灭, 达不到设计孔径, 同时使用高压空气将孔内岩粉及水体全部清除出孔外, 保持孔内干净。
(8) 钻孔检查采用尺检钻头直径, 计数标准钻杆根数, 检查孔径、孔深、复查锚孔孔位、倾角和方位。
2.4 锚筋制安的现场监控
2.4.1 锚杆 (索) 编束检查
当采用锚杆 (钢筋) 作为锚筋体时, 锚杆组装前钢筋应平直, 并经除油和除锈处理合格。预应力锚杆钢筋主要采用精扎螺纹钢, 锚杆接头要求采用专用锚杆连接接头, 自由段刷防锈油漆, 涂脱水黄油, 外套塑料管, 自由段与锚固段分界处, 应缠绕胶布进行固接和密塞处理, 缠绕长度两侧不得小于100mm;并检查锚杆长度、锚固段长度、锚杆型号是否符合设计要求。
2.4.2 锚索 (杆) 安装
(1) 锚索 (杆) 运输、吊装, 应细心操作, 不得损伤锚筋体和移动各组成部件;
(2) 锚索 (杆) 安装时, 应保持顺直, 顺利下到孔底, 严禁抖动、扭转、串动, 防止散束, 锚杆禁止敲击;
(3) 尺量锚筋外面长度与设计孔深差为制锚长度与设计长度之差, 允许偏差50mm;
(4) 压力分散型锚索孔外三组标记清楚, 一般用不同颜色油漆标记, 防止张拉时补偿错误。
2.5 锚孔注浆的监控
锚孔注浆时应进行旁站, 必须采用孔底返浆法, 严禁抽拔注浆管, 无返浆或中途输送泵故障、高压管破裂等应及时报废返工, 第一次注浆出井口, 第二次补浆也应流出, 若时间长或水泥用量大, 需经专业工程师确定。出现异常, 同时要请示设计代表, 共同制定处理方案。注浆时间原则上是锚孔钻造后24h, 需延长时间由专业工程师确认。若采用二次高压劈裂注浆, 注浆管在编束时应在锚束另绑扎一根注浆管, 在水泥浆体强度达到5.0MPa时进行。
2.6 锚索 (杆) 地梁、框架的监控
2.6.1 锚索 (杆) 地梁、框架的制作
地梁、框架均于现场浇筑, 并满足以下要求:
(1) 钢筋接头需错开, 焊接头截面之间的距离不得小于1m;
(2) 钢筋砼地梁或框架中的立柱埋入平台地面标高以下不小于0.5m, 用C25号砼浇注;
(3) 锚索 (杆) 、波纹管、锚垫板地梁应置于中心位置, 框架应置于立柱与横梁交叉中心位置, 锚索 (杆) 方向应与锚孔方向一致, 锚垫板应垂直锚孔方向;
(4) 钢筋安置平整后, 模板安装要牢固, 接缝平顺, 再进行现场浇注、振捣, 防止漏浆、倒模;
(5) 框架应分片施工, 两相邻框架横梁、顶梁接触处留20mm伸缩缝, 用浸沥青木板或泡沫板填塞。
2.6.2 进行锚索 (杆) 、框架、地梁检验。
达到锚索 (杆) 孔位符合设计要求, 预留长度满足张拉要求, 外观顺直、美观, 无麻面及跑模现象。
2.7 锚索 (杆) 试验监控
锚索 (杆) 试验分基本试验和验收试验, 必须进行全过程旁站, 试验设备必须标定。
(1) 基本试验每坡应不少于3孔, 施工前由监理工程师根据岩土情况选定孔位, 按规范要求分级进行。压力分散型锚索, 预张拉后, 根据锚索各单元差异伸长量和差异荷载, 分单元补偿差异荷载后再按规范进行分级张拉, 直至破坏。发现异常, 及时采取措施, 找准差异原因, 向设计代表和总监办汇报试验情况或共同研究处理方案。
(2) 验收试验孔数为边坡锚孔数的5%, 但不少于3孔, 试验方法同基本试验, 试验最终拉力值为设计拉力值的150%。在分级张拉时, 发现异常, 必须请示设计代表和总监办, 共同研究, 确定解决办法, 防止将锚索 (杆) 破坏。
以上两试验由承包单位写出试验指导书和试验报告, 由监理签署意见后, 再进行工作锚的张拉、锁定、封锚工作。
2.8 张拉、锁定、封锚的监控
监理应进行旁站, 张拉、锁定必须采用专用设备, 作业前进行标定, 所用锚具为专用锚具, 并要有送检报告书。锁定拉力值为设计拉力值的110%, 其张拉步骤同试验分级进行。压力分散型锚索, 预张拉后分单元补偿差异荷载, 张拉至设定张拉荷载后, 持荷10~15min, 进行自动锁定。锚孔封锚, 采用机械切割余露钢筋, 留长10cm。用纯水泥浆注满垫板及锚头各部分空隙, 用20MPa砼按设计要求制模封锚。
3 结束语
高边坡锚杆 (索) 加固工程是铜汤高速公路重要关键工程之一, 锚杆 (索) 加固工程的质量监控也成为一项重要工作内容, 通过对高边坡锚杆 (索) 加固工程, 提高了高边坡的稳定性, 对保证铜汤高速公路长期安全和正常运营有着积极的意义。
摘要：针对山区高速公路高边坡加固工程的质量监控, 以安徽省铜黄高速公路为例, 介绍了质量监控技术在高边坡开挖、加固施工过程中的应用, 以及在施工中遇到特殊情况的处理办法。
关键词：高边坡,加固,质量监控
参考文献
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[2]张坚, 郭朝华.路堑高边坡施工方法及工程实例[J].中外公路, 2004 (1) :72-74.
锚杆(索) 篇6
神华新疆能源有限责任公司乌东煤矿南采区位于准格尔盆地南缘, 天山山脉下坡中段, 位于乌鲁木齐东北部。在回采过程中发现+575水平45#煤层西翼南巷变形量过大, 围岩处于不稳定状态, 经分析发现原有支护方案并不合理, 导致支护体系未能达到控制围岩变形, 保持围岩稳定性目的。本文首先对原有支护进行优化设计, 并对优化前及优化后的支护效果进行对比分析, 为相似工程提供了理论及实践依据。
1 工程概况
+575水平45#煤层西翼南巷开口在+475水平分层运输石门内, 水平标高+475m。B1巷道设计总长2523m, 自西向东3‰度上坡施工。B1巷道断面形状为圆弧拱。净高3500mm (掘进高度3600mm) , 净宽4400mm;净断面积12.85 m2。该工作面回风顺槽顶板为层状复合顶板, 煤层上岩体为软硬交替层状岩石, 其中有少量夹矸, 夹矸平均厚度为0.15m。巷道顶板直接顶为泥岩, 老顶为砂岩, 老顶单轴抗压强度Rc=23MPa, 抗拉强度Rt=23MPa。老顶岩性为上部粗砂岩, 下部细砂岩, 岩体中含石英, 长石及云母。直接顶泥岩平均为1.9m, 含植物化石及黄铁矿结核。直接底为粉砂岩, 平均厚为1.5m, 灰色、灰黑色, 硬度中等, 夹石英砂岩薄层。老底为粉砂岩加石英砂岩, 平均厚度为11.43m, 灰色, 黑灰色, 粉砂岩、石英砂岩互层, 硬度中等, 为石英砂岩时硬度较硬, 含植物化石及含黄铁矿结核。巷道顶板各层岩层的物理力学性质如表1。
2 原有支护方式分析
原有顶板支护参数如下: (1) 锚杆为左旋无纵筋螺纹钢筋, 长度2.5m;锚杆间排距, 每排4根锚杆, 与顶板垂直;钻孔直径为, 锚固长度为; (2) 锚索采用钢绞线锚索, 长度为8m, 外露长度;锚索间排距, 锚固长度。原有巷帮支护参数如下:锚杆采用规格为左旋螺纹钢, 排距为, 锚杆间距, 每排3根锚杆。巷道施工采用锚杆 (索) 联合支护如图1所示。
在上述支护条件下, 对+575水平45#煤层西翼南巷的顶板下沉情况, 两帮收敛情况进行了实时监测[5,6]。以下对所得的监测结果进行分析研究。
+575水平45#煤层西翼南巷监测断面的实时监测时间为20d, 期间巷道顶底板的位移变化量为17.95mm, 顶底板最大移动速率为6.69 mm/d, 最终移动速度小于0.15mm/d;期间两帮累计收敛量达56.93mm, 最大收敛速率为23.39mm/d, 最终收敛速率不超过0.49mm d, 分别见图2~5。
由以上监测结果可以看出+575水平45#煤层西翼南巷在巷道开挖后12天后顶板变形趋于才稳定, 原有支护体系存在一些缺陷, 对顶板岩层及两帮的控制力度不够。在巷道开挖后, 支护抵抗顶板垂向荷载的效果不好, 导致顶板下沉量大, 巷道收敛变形大, 所以需要对支护参数进行优化。
3 支护参数优化效果分析
对+575水平45#煤层西翼南巷支护参数优化方案如下: (1) 锚杆。顶部9根锚杆, 型左旋螺纹钢锚杆, 间排距为650×800mm, 锚固长度120mm, 与顶板垂直布置;巷道两帮各3根锚杆, 型左旋螺纹钢锚杆, 间排距为700×800mm, 锚固长度120mm。 (2) 锚索。取锚索长度为8.0 m, 锚固长度为1.8 m (注:单根锚固剂长600mm) , 锚索间排距为1500×3000mm。综上所述+575水平45#煤层西翼南巷锚杆 (索) 支护参数优化如图6所示。
在对+575水平45#煤层西翼南巷支护体系进行优化后, 在+575水东翼45#运输巷50m进行试验段研究, 对应用优化后支护体系进行效果评价。图7~图8显示的是试验段围岩变形的跟踪监测结果分析图。
通过对比研究发现, 在采用新支护参数情况下, +575水东翼45#运输巷顶板最大下沉量为34mm, 两帮最大移近量为55mm。虽然两种支护体系下的巷道稳定时间没有太大区别, 但是参数优化后的巷道顶板最大下沉量为17.8 mm, 小于原支护体系下的顶板下沉量, 同时巷道两帮最大收敛量减小到32.6mm, 效果较明显。
4 结论
文章通过对围岩压力及变形进行科学分析, 对原有支护参数进行优化。通过两种支护体系的围岩变形进行监测, 说明应用优化后支护方案后, 巷道顶板稳定性良好, 巷道两帮也没有出现明显片帮现象, 有效控制了顶底板变形, 保持围岩稳定性。由此说明优化方案是合理的, 可以为其他类似地质条件巷道的支护设计提供理论依据及实践参考。
参考文献
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锚杆(索) 篇7
1 亭南煤矿复合顶板锚杆支护变形破坏机理分析
锚杆支护前由于巷道开挖后应力的释放使复合顶板受力突然增大, 应力全部集中于顶板煤层软弱夹层上, 造成软弱夹层与上部稳定岩层产生较大离层和断裂破坏, 进而造成普通岩层的破坏。软弱夹层的离层和断裂同时也加剧了普通岩层的离层和断裂, 造成巷道顶板整体破坏和失稳, 最后形成一冒落拱。这一过程从开始掘进到最后破坏是在很短时间内完成的。
锚杆支护后, 软弱夹层的应力集中现象得到了明显改善, 但这并不是说软弱夹层处不会发生破坏, 而是这种破坏没有支护之前那么明显。由于预应力锚杆的作用, 对软弱夹层来说, 它又重新受到三向应力作用, 但是由于软弱夹层的不稳定性加之巷道开挖后和支护导致有些地下水会渗入软弱夹层, 所以支护后软弱夹层在一定的时间内还是有可能发生较为剧烈的变形破坏, 进而导致其它坚硬岩层一起发生挠曲变形, 并最终使顶板变形趋于稳定。巷道顶板会有下沉, 但是由于锚杆的支护作用巷道顶板下沉会较小, 而且这个过程持续时间不长。
通过以上分析可知, 我们可以知道亭南煤矿复合顶板的变形主要是:巷道在开挖后还没有支护前的短暂时刻从原来的三向受力状态突然变为二向受力, 这时各岩层的受力突然增大, 特别是软弱夹层在这一阶段有可能因为突然较大应力的作用而破坏, 这一短暂过程实质上和前面的没有支护的破坏是一样的。在经过这一短暂过程后, 经过支护, 由于预应力锚杆的作用, 对软弱夹层来说, 又重新受到三向应力作用, 所以它不再会像无支护那样在破坏后进行无约束的变形, 在水平方向构造应力作用下复合顶板各岩层随其他坚硬岩层一起进行挠曲变形。
2 亭南煤矿复合顶板锚杆 (索) 作用机理分析
在复合顶板围岩中, 锚杆起着非常明显的组合加固作用, 一方面体现在锚杆的锚固力增加了各岩层间接触压力, 避免各岩层间出现离层现象;另一方面增加了岩层间的抗剪强度, 阻止岩层间的水平错动, 它大大减小围岩变形和弯曲张力, 从而起到加固围岩提高其自稳自承能力的作用。复合顶板煤巷两帮变形对顶板稳定性有较大影响, 因而增加两帮煤体的支护强度, 控制其变形、破坏是对复合顶板的有效支撑。因此复合顶板煤巷两帮支护强度和煤体残余强度的提高是该类巷道围岩控制的关键之一。
在复合顶板的支护过程中, 单一采用锚杆支护往往不足以保证煤巷复合顶板支护的安全, 这是由于复合顶板的厚度一般都大于锚杆锚固范围的厚度。亭南煤矿204工作面两顺槽复合顶板厚度大于2.5m, 而锚杆支护长度仅为2.1m。由于锚杆的锚固范围有限, 锚杆锚固范围之外产生的离层就会导致顶板下沉和垮落, 造成巷道的整体失稳, 出现顶板垮落、两帮片帮等现象, 导致巷道的破坏。为了提高巷道整体的稳定性, 必须在常规锚杆支护的基础上采取其他的加强支护的措施。补打锚索加强支护是常用的措施之一。锚索主要有以下两方面的作用:一是通过高预紧力控制复合顶板的早期离层;二是利用锚索的高破断力将潜在的垮落范围内的顶板岩层悬吊在顶板深部较稳定的老顶岩层上, 减小顶板岩层的下沉量, 阻止锚杆锚固范围内的复合顶板岩层垮落, 发挥悬吊理论的作用。
通过分析我们可以明确亭南煤矿204工作面顺槽复合顶板的变形破坏规律是:复合顶板在垂直方向自重应力作用下产生挠曲变形, 而水平方向的构造应力又加剧了复合顶板的变形, 最终导致复合顶板失稳破坏。在204工作面顺槽中, 由于巷道的开挖使复合顶板突然从原来的三向受力状态变为两向受力, 顶板各岩层受力的作用产生变形甚至破坏 (夹矸由于强度低、厚度小在这个时候首先破坏) , 而顶板岩层同时受到水平方向构造应力作用加剧了顶板岩层的挠曲变形, 最终引起对顶板失稳破坏。
结语
通过对亭南煤矿煤巷复合顶板变形破坏机理与锚杆 (索) 支护作用的分析, 我们可得知采用组合梁理论来进行顶板锚杆的支护设计, 采用冒落拱理论来进行锚索的设计, 对减小复合顶板下煤巷离层下沉量和提高围岩的稳定性具有重要的参考价值。
摘要：煤巷复合顶板变形破坏现象日益增多, 严重威胁煤矿的安全生产。在复合顶板的煤巷中, 保持复合顶板及两帮稳定, 控制和减小围岩的变形, 提高围岩整体稳定性, 已经成为该类巷道管理的关键点。本文以亭南煤矿二盘区204工作面顺槽煤巷复合顶板为研究对象, 在分析煤巷复合顶板锚杆变形破坏机理的基础上, 对复合顶板煤巷的锚杆 (索) 支护作用进行探讨和研究。
关键词：复合顶板,变形破坏,锚杆 (索) 支护
参考文献
[1]潘永健, 卫进.工作面巷道超前支护设备的设计[J].中国煤炭, 2009 (03) :64-66.