锚杆锚索组合支护

锚杆锚索组合支护（精选7篇）

锚杆锚索组合支护 篇1

1 煤层基本地质条件

马兰矿02号煤层:伪顶为铝质泥岩, 直接顶为粉砂质泥岩, 老顶为K4砂岩;底板多为泥岩、粉砂岩, 大多无夹石, 偶含1~2层夹石, 抗压强度72.8~80.7 MPa, 抗拉强度0.55-1.6MPa。工作面10709皮带巷825 m;轨道巷995 m (Ⅰ段123 m, 刀把子170 m, Ⅱ段702 m) ;主采煤层为02#煤, 煤层厚度1.70~2.20 m, 平均1.90 m, 属稳定可采中厚煤层。其下部间隔8 m左右为2号煤, 工作面整体呈单斜构造, 煤岩层倾角4°~13°, 平均7°。巷道顶板为炭质泥岩和砂质泥岩及砂岩复合顶板, 抗压强度较低, 易离层破碎, 顶板管理难度较大。

2 组合锚杆、锚索支护的关键技术

2.1 增强锚索技术

采用大直径Ф21.6钢绞线和300 mm×300 mm的大铁托盘, 增大对顶板的支护强度和接触面积, 增强了对顶板的主动支护作用, 有效控制了顶板压力显现时对两帮的压力传递。目前所用的普通小铁托盘 (200 mm×200 mm) 与顶板接触面积小, 形成点接触作用, 效果差, 使顶板下沉、两帮挤回、破碎的现象较为常见。

2.2 强化锚杆技术

采用“无纵肋螺纹钢式树脂锚杆+W钢带+金属菱形网”联合支护, 支护强度大, 抗破断性能更高, 对复合顶板围岩的支护效果更好, 体现了加长锚固锚杆的技术应用特征。同时采用MQS-90J2型气扳机可实现锚杆150~190 N·m的高预应力, 有效增加了锚杆对巷道围岩支护的主动支护作用。

2.3 关键部位强化技术

1) 两帮煤质松软时采用点“锚索+锚梁+钢筋网”联合支护, 增加两帮的支护强度, 增强两帮的承载能力, 有效控制了巷道侧应力对帮部围岩的破坏变形。

2) 在巷道中间打设戴帽点柱, 不仅可以使跨度大的巷道增加中间支撑点, 可有效地控制底鼓, 同时也对顶板的离层垮落起到早期预警作用。

3 数字模拟

3.1 参数确定

为了保证巷道在受采动影响变形后能够充分满足通风、运输、行人等需要, 设计时巷道采用了预留断面, 断面尺寸为:净宽×净高=4.5 m×2.8 m。以马兰矿10709回采巷道围岩特征为基础, 围岩力学性能参数见表1。

3.2 模拟方案

根据类似地质条件的多种经验, 确定了如下三种模拟方案。并分别对每一个方案中巷道顶、底板的垂直位移和两帮的水平位移进行了实时监测。

方案Ⅰ:顶 (帮) 锚杆长2 000 mm, 顶板采用5 300 mm长锚索2根。

方案Ⅱ:顶 (帮) 锚杆长2 200 mm, 顶板采用5 300 mm长锚索2根。

方案Ⅲ:顶 (帮) 锚杆长2 400 mm, 顶板采用5 300 mm长锚索3根。

3.3 模拟结果分析

经过现场采集数据, 每个方案巷道顶底板及两帮位移量统计如表2、表3所示。

从表2各方案对比可知, 方案Ⅰ中巷道在掘进期间围岩变形情况比方案Ⅱ和方案Ⅲ要严重得多, 方案Ⅱ中巷道四周围岩变形比方案Ⅰ减小了40%左右;方案Ⅱ和方案Ⅲ的巷道顶底板移近量差别不大, 从表3中可知, 方案Ⅱ在回采期间巷道顶底位移量和两帮位移量仍然很大, 最大位移分别为1 158 mm和2 055 mm, 通过比较, 方案Ⅲ对顶板的控制比方案Ⅱ理想得多。

从上述方案比较可得出以下结论:在方案Ⅲ虽然比较理想, 但是在控制巷道两帮位移及顶板下沉、地板底鼓方面在支护上还是不够的, 因此, 要在方案Ⅲ的基础上对巷道顶、帮再加强支护。将顶锚杆长增加至2 400 mm, 顶锚索采用“3-3”布置, 两帮采用锚梁来加强支护, 以达到预期的支护效果。

4 锚杆支护方案

1) 顶板选用5根2 400 mm长无纵肋螺纹钢式树脂锚杆+W型钢带支护, 锚杆间距1 000 mm, 排距800 mm, 每两排锚杆中间布置三根高预应力锚索, 钢绞线规格为Φ21.6×5 300 mm, 并配合300×300 mm的大铁托盘。

2) 两帮选用3根2 200 mm长无纵肋螺纹钢式树脂锚杆+W型钢带支护, 帮锚杆间距1 000 mm, 排距1 000 mm, 每五排锚杆在巷道顶板中间支设直径不小于180 mm的圆木点柱。

3) 锚杆、锚索均采用快速及超快速树脂药卷加长锚固, 扭矩不低于150~190 N·m, 锚固力不低于105 k N。

4) 支护示意图如图1所示。

5 矿压观测分析

10709工作面已回采完毕, 整体观测效果来看, 两巷在回采过程中受采动影响的情况下, 两巷达到了预期的支护效果, 满足了运输、通风、生产的需要, 极大地减少了维护成本费用。由图2、图3可看出巷道大约20 h左右顶、底板及两帮相对位移量基本趋于稳定。通过长时间地监测锚杆工作阻力的实际数据也充分说明了掘进巷道围岩经过20 h左右趋于稳定。由上图可以看出巷道两帮相对位移量为150 mm, 顶板下沉量为50 mm, 巷道变形主要表现为底鼓, 约206 mm, 占顶底移近量的85.14%。通过理论分析, 主要表现在顶板压力经过顶、帮组合锚杆形成的支护整体结构向底部传递压力, 底板在没有任何支护的情况下, 促使底板变形加大释放压力, 通过理论分析, 认为应选择有效的支护措施来加强控制底鼓。

6 结语

1) 02#煤层复合顶板由于回采期间受采动影响, 巷道围岩压力较大, 复合顶板直接顶层状顶板两层泥岩易离层, 采用常规的全锚支护较为困难。

2) 02煤层复合顶板回采巷道支护的关键在于对顶板及两帮的控制, 巷道顶板采用“高预应力锚索+大托盘+锚杆+金属菱形网”的组合锚杆 (锚索) 来控制, 来达到巷道预期的支护效果, 减少后期维护费用, 实现最大经济效益。

3) 长期的矿压监测说明了10709工作面轨道巷围岩变形主要表现为底鼓, 因此在巷道掘进期间要考虑到怎么样才能有效地控制回采期间巷道底鼓的发生。

4) 通过数值模拟技术可计算出煤矿井下岩石工程结构的应力、应变;分析岩石结构稳定性, 用来指导巷道支护设计, 并为该煤层巷道支护设计提供有力的科学依据。

参考文献

[1]侯朝炯, 郭励生, 勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1999:9~20.

[2]陈炎光, 陆士良, 徐永圻.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1994:18~27.

[3]张农, 高明仕.煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用[J].中国矿业大学学报, 2004 (9) :524~527.

[4]康洪普, 王金华, 等.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2007:36~70.

矿井锚杆锚索联合支护应用分析 篇2

1 巷道支护分析

1.1 锚杆支护

锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域岩体相互作用,并形成统一的承载结构,使巷道围岩强度得到强化。随着锚杆支护工程实践的不断丰富,适用于不同条件的锚杆支护理论相继被提出,并逐步得到发展和完善。为了充分发挥锚杆的支护作用,尽力扩大锚杆支护的使用范围,在围岩变形量大、岩层松软及受采动影响的巷道内,可采用多种形式的联合支护。如锚梁网(锚杆、型钢梁和金属网)、锚喷网(锚杆、喷浆和金属网)、锚托网(锚杆、托盘和金属网)等联合支护,以及采用桁架式锚杆和可拉伸锚杆,使锚杆的悬吊作用、加固拱作用、组合梁作用得以充分发挥。

以实际巷道顶板软弱层厚0.3~1.5 m为例,对锚杆支护参数进行分析。

(1)锚杆长度。

根据挤压加固作用分析,锚杆锚固部分并不是一定要伸入松动围岩之外的稳定岩层中,因此,此种情况可选用18 mm×1 700 mm锚杆(锚入深度1.55 m,外露0.15 m)。

(2)锚杆间距。

根据经验公式,锚杆长度L和间距D的比值M=L/D。当M=3时,加固拱厚度T=2L/3;M=2时,加固拱厚度T=L/3;M=1.33时,加固拱厚度T=L/10。因此,从经济合理、便于施工又能充分支护的角度出发,取锚杆间距D=L/2,即锚杆间距0.8 m。这样,在巷道顶板下部软弱层中部形成了约0.5 m的连续压缩带(即加固拱),相当于增大了软弱层自身承载能力。

1.2 锚索支护

锚索支护的实质就是通过锚索对被加固的岩体施加预应力,限制岩体有害变形的发展,可以明显改善围岩的应力状态,提高围岩的自承能力,从而保证围岩的稳定,提高支护系统的整体稳定性[1,2,3,4]。

巷道顶板若为层状顶板,在锚索预应力作用下,最下部在锚杆作用下软弱岩层中形成的压缩加固拱带和中部煤层、上部致密坚硬岩层一起紧固,增加了内聚力,提高了支撑强度,同时使岩层间摩擦阻力大为增加,这样就不会发生离层错动现象。

1.3 锚杆锚索联合支护作用

(1)锚杆锚索联合支护使锚杆和被锚固岩体相互作用,形成统一的承载结构,和钢棚共同承担围岩压力,起到了加强支护的作用。

(2)锚杆锚索联合支护可提高锚固体的力学参数,改善被锚固围岩的力学性能。

(3)锚杆锚索联合支护可提高锚固区内岩体的峰值强度和残余强度,提高锚固强度后,能控制围岩塑性区、破碎区的发展,巷道周围塑性区、破碎区的范围和巷道的表面位移有所减小,有助于确保巷道围岩的稳定性。

2 联合支护在沿空掘巷中的应用分析

2.1 巷道概况及煤层顶底板情况

(1)巷道概况。

新安煤矿东区5#右三采块回风巷与已采的5#右二采块运输巷相隔10 m平行布置,该巷道位于5#右二采块采动形成的卸压带,巷道布置在煤层中,巷宽4.0 m,巷高确定为3.0 m。该巷用于5#右三采块的回风和运料。

(2)煤层顶底板情况。

该巷所在的5#煤层厚3.0 m,煤层倾角为6°~15°。煤层伪顶为泥岩,厚0.1~0.2 m;直接顶为灰黑色、厚层状、致密坚硬的粉、细砂岩及泥岩,厚0.69~2.79 m;基本顶为灰色中粒砂,厚层状,波状层理,厚2.76~4.95 m。5#煤层直接底板为中、细砂岩,灰黑色,厚层状,致密坚硬,厚1.16~4.52 m;基本底为粉、细砂岩,灰白色,厚层状,厚0.80~6.10 m。巷道所在区域地质构造简单,对掘进施工影响不大。

2.2 巷道支护参数探讨

为了确保巷道的稳定性,减少回采过程中巷道的维护费用,实现快速回采,巷道支护采用了锚杆支护,同时使用锚索补强,具体参数:①锚杆直径。锚杆直径的大小对巷道围岩变形影响很大,通过数值模拟,确定顶板选用22 mm的锚杆。②锚杆长度。在全煤巷中,锚杆长度不应该太短,考虑顶板岩层等因素,选取合理的锚杆长度,顶板锚杆长度确定为2.4 m。③锚杆间距。锚杆间距与每排锚杆的根数密切相关,数值模拟显示,当顶板锚杆数量为5根时,顶板下沉量与锚杆数量为3根时相比减少了17 mm,支护状况得到很大改善,而顶板锚杆的数量增加到7根时,顶板下沉量仅减少3.5 mm,由此可见,每排5根锚杆是最经济、合理的;结合巷道宽度,并考虑减小煤帮的受力,确定顶板锚杆间距为900 mm。④锚杆排距。根据数值模拟结果进行分析取值,从而选取最为经济合理的排距为800 mm。⑤锚索长度。根据基本顶的位置、厚度及巷道顶煤厚度,选取锚索长度为8 300 mm、锚索间距为1 600 mm。⑥锚固方式。为确保锚固的可靠性,锚杆、锚索均采用高强树脂锚固。

2.3 支护方案设计

(1)顶板支护。

①锚杆。杆体为左旋无纵筋螺纹钢筋,长度为2.4 m,杆尾的螺纹规格是M24,使用2卷树脂锚固剂,分别为Z2360型与K2335型,锚固长度1 200 mm,钻孔29 mm。②托盘。采用拱形高强度托盘,外形尺寸120 mm×120 mm。③钢托梁。采用16 mm钢筋焊接而成,宽为100 mm,长为3.7 m。④锚杆布置。靠近巷帮的顶锚杆与垂线呈30°的外偏角,其余顶锚杆与顶板垂直。锚杆间排距为800(900)mm×800 mm。⑤锚索。从确保巷道顶板支护安全及可靠方面考虑,在顶板的正中偏东300 mm处垂直于顶板打设1排锚索,锚索规格15.24 mm×8 300 mm,锚索间距为1 600 mm,通过用2.8 m长的槽钢将前后2根相连。每根锚索用3卷树脂锚固剂锚固:2卷为Z2360型,1卷在孔底为K2335型。钻孔28 mm,锚固长度为1 400 mm,用钢板做锚索托盘。⑥金属网。顶板铺设金属网,用铁丝进行连接。

(2)巷帮支护。

①锚杆。使用长为2 m、杆尾螺纹规格为M24的左旋无纵筋螺纹钢锚杆,并用2卷Z2340型锚固剂进行锚固,钻孔30 mm,且锚固长度为1 200 mm。选用拱形高强度托盘。②钢筋托梁。用14 mm的钢筋焊接而成,长2.7 m,宽100 mm。③锚杆布置。每帮每排安设间排距均为1 000 mm的3根锚杆,其中靠近顶底板的2根锚杆与水平线呈10°外偏角,其余锚杆均按水平方向设置。④金属网。巷帮铺设金属网,用铁丝连接。

3 结语

新安煤矿东区5#右三采块回风巷通过合理确定支护参数,保证了优质快速掘进,实现月进尺300 m以上,同时确保了巷道的支护效果良好,有效控制了巷道顶底板和巷帮的移近量。

实践证明,不同的锚杆间距和锚索数量的组合方式,锚杆锚索联合支护的效果也有明显不同。在煤矿应用中,合理、经济的组合锚杆间距和锚索数量尤为重要,只有合理选取支护形式和支护参数,才能使锚杆锚索联合支护效果最为显著。

摘要：通过分析锚杆锚索联合支护作用机理及不同锚杆间距、不同锚索数量下的锚杆锚索联合支护效果,得出合理、经济的锚杆间距和锚索数,并阐明了锚杆锚索联合支护在井巷顶板控制中的突出效果,介绍了锚索与锚杆联合支护在沿空掘巷中的应用情况。在顶帮压力较大的巷道中,锚杆支护的优越性得到充分体现,保证了巷道支护的稳定性和回采的快速推进。

关键词：锚杆锚索,联合支护,顶板控制,围岩变形

参考文献

[1]袁和生.煤矿巷道锚杆支护技术[M].北京:煤炭工业出版社,1997.

[2]何朝炯,郭励生.煤巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.

[3]何满潮,李春华.锚索关键部位二次支护技术研究及其应用[J].建井技术,2002,23(1):23-24.

锚杆锚索组合支护 篇3

为了提升该种联合支护方式的支护作用, 应对锚杆支护的锚固平衡原理进行认真分析, 将锚杆与锚固范围内的围岩作为巷道支护体, 并认真研究围岩与支护体之间的相互作用关系, 并联合锚索来进行加固, 以明确该种联合支护结构的支护原理。

图1为围岩——支护相互作用的原理图, 由图形可以看出, 随巷道围岩变形量的不断提升, 若在巷道开挖之后就使用锚索支护, 很容易因锚索延伸量的超限而破断。为此, 在巷道开挖初期, 需只安装锚杆进行加固处理, 通过这种加固处理方式使围岩支护体具有一定的承载能力, 并且能允许围岩产生一定程度的变形, 将围岩的变形能释放出来。随着其变形量的不断增加, 围岩的承载能力、自稳定性等性能参数会有所降低。在围岩变形量小于锚索工程延伸量, 且支护体的自身稳定性未达到极限之前, 在B点安装锚索, 能切实降低围岩对于锚索延伸量的需求, 以提升围岩与锚岩支护体的稳定性。根据交点G与H可知, 采用锚杆锚索联合支护的方式有效提升了支护阻力, 使围岩的变形量降低。在对巷道开挖初期的支护处理过程中, 以锚杆的柔性支护为主, 在后期辅以锚索悬吊支护的支护方式, 能有效提升整体的支护性能, 确保围岩的变形得到控制。

在实际的巷道支护过程中, 该种支护方式能否实现良好的支护效能, 在很大程度上取决于对支护设计方法的合理性与否。这就要求在具体的支护过程中应将锚杆与锚索所具有的力学特性有机结合起来, 从而实现对整体支护方案的优化选择。此时, 还应对巷道的围岩条件进行综合考虑分析, 选择与之相对应的支护形式与支护参数, 从而提升锚杆-锚索联合支护方式的综合效能。

为防止锚索在变形量较大的情况下而发生破断, 切实发挥出联合支护方式的良好支护作用, 除了应对锚索的自身特性进行认真分析与了解外, 还认真研究分析锚索适应围岩大变形的技术。

2锚杆——锚索支护设计方法

2.1建立数字计算模型。

在该项工作的开展过程中, 应使用工程类比法已有工程的支护效果进行参照分析, 对模型中难以获取的力学参数做出相应调整, 使获得的模拟结果满足实际工程需求。

2.2改善锚杆支护参数与支护形式, 选择最优值。

通过对数值的模拟计算, 确定出锚杆支护所能承受的最大下沉量。对于松动破坏区而言, 仅是塑性区的一部分, 而不能将获取的围岩塑性区来作为松动破坏区。在此过程中, 需对围岩位移与应力进行综合考虑分析, 并准确判断出围岩松动破坏范围。

2.3确定锚索支护参数。

在对锚索参数的确定过程中, 应根据围岩的松动破坏区范围与顶板下沉量来确定锚索支护参数。根据围岩松动破坏区能计算出锚索的长度;并根据顶板的最大下沉量来确定锚索的延伸量与长度, 并计算出所需延伸量与实际延伸量之间的差值, 并根据二者之间的差值采取相应的技术做出相应调整。

3工程应用实例

3.1锚索适应围岩变形量计算

笔者在工作实践当中遇到过这样一个宽3.8m, 高3.5m, 埋深为800m的回风巷, 两帮与底板都是松散煤层。煤的f值在0.6～1.0之间。为了使锚索满足围岩最大变形, 使用了侧边安装、滞后安装与加木板垫安装三种技术。

通过数值模拟可以得出, 用直径22mm, 2.4米的螺纹钢锚杆作顶板, 用0.7m×0.7m间、排距进行全长锚固锚梁网支护时, 锚岩支护体的顶板下沉最大值在100～110mm之间。所以, 在下沉量达到90mm时, 可安装锚索, 用厚50mm松木板作为锚索木垫, 压缩量能够达到30mm。并将锚索安装在距离煤帮1/4巷道跨度的位置, 并对锚索适应变形量进行了详细计算, 得出巷道中部允许的下沉量为308mm, 每排两根的锚索承载能力为442kN, 并且该承载力可悬吊的岩柱高度为6.6m。

模拟计算可知, 下沉量为500mm时, 松动区的高度仅为4.5m。而锚索的允许下沉量为308mm时, 松动区的高度小于6.6m。因此, 对于锚索的延伸量与承载能力而言, 均满足设计要求。

3.2支护效果

回风巷顶板、两帮稳定, 顶板的下沉量小于90mm。同时, 锚索使围岩的变形能力得到提升, 未出现锚索破断现象。

4提升煤巷锚杆一锚索支护效果的有效途径

为确保锚杆——锚索支护方式能获得安全稳定的支护效果, 应首先确保锚杆与锚索设计的相互协调, 并通过相应的工程技术确保该协调支护设计方案的实现。在对巷道进行支护时, 当顶板的下沉量超过80mm时, 很难使锚杆支护保持顶板长期稳定性, 因此需加强锚索补强支护, 以避免顶板冒落。但在此过程中, 顶板趋于稳定状态的下沉量多大于锚索的延伸量, 为确保两种支护方式的协调, 应采取适应围岩变形以及提升锚索延伸量的措施, 为此应采取以下措施:①改善锚索的力学性能, 提升钢绞线屈服后的延伸率, 使锚索破坏前的总延伸量得到提升。②对支护结构、支护工艺等进行不断改善, 改变围岩变形破坏特点, 提升锚索的适应性。

结语

综上所述, 锚杆——锚索支护方式因其具有良好的支护效能, 在现阶段的煤巷支护工作中有着较为广泛的应用, 并且已经发挥出良好的经济效益与社会效益。在今后的工作过程中, 还应对该种支护方式进行不断完善与创新, 以切实提升煤巷支护水平, 提高煤矿综合作业效率。

摘要：煤巷锚杆--锚索支护技术是现阶段煤巷支护中广泛采用的支护技术, 具有锚固深度大、强度高以及可施加较大的预紧力等特点, 能有效提升巷道支护的安全可靠性。为此, 本文针对煤巷锚杆--锚索支护互补原理及其设计方法问题, 进行了深入分析。

关键词：煤巷锚杆——锚索支护,互补原理,设计方法

参考文献

[1]张彦青.煤巷锚杆、锚索支护参数设计[J].山东煤炭科技, 2012, (1) .

锚杆锚索组合支护 篇4

在巷道掘进施工中,经常遇到一些特殊条件,如巷道过断层、大断面交岔点、破碎带、穿煤层等。在这些条件下,巷道围岩的变形和破坏强烈,支护难度大,当支护设计不合理时,经常会发生冒顶事故。采用棚式支护时,一般是加密棚子、补打点柱或架设抬棚,这种支护方式劳动强度大、材料费用高,而且支护效果差,不能有效控制围岩的变形和破坏,保证巷道的安全状态。而锚杆-锚索联合支护是主动支护,支护强度大,支护成本低,支护效果好,能够快速、有效地解决上述特殊条件下巷道的支护问题。现在就新发矿东一采四片石门掘进时遇到的几个应用实例作一简要介绍。

1 巷道过断层

新发矿东一采四片石门,断面为半圆拱形,巷道净宽2.8m,净高2.2m,在掘进施工至60余m时,遇到一条正断层,落差为15m,恰好将断层上方层的27#、28#层落至巷道断层交界处。根据现场观察,断层以北围岩稳定完整,为硬质砂岩,断层后20m范围内顶板较破碎,且部分地段有10~15m煤顶(详见图1)。为控制断层破碎带顶板的显著变形和破坏,保证巷道的安全使用,在原锚杆支护设计的基础上,增加了树脂加锚索加固顶板。

1.1 锚杆支护方案。

采用树脂加锚杆组合支护系统,锚杆杆体为Φ18-M16的左旋螺纹钢筋,用两支规格分别为K2335和Z2360的树脂锚固剂锚固,每排3根,均采用高强托板,配有金属网。锚杆排距为1.0m。

1.2 锚索加固方案。

加固范围:巷内断层以南20m的区段。锚索的形式和规格:索体直径15.24mm,长度5m;锚固方式:树脂锚固,采用型号为K2335和Z2360的树脂各两支锚固剂锚固,锚固长度为1.5m,钻孔直径:孔口55mm;孔内32mm;托板采用200×200×10mm超大托盘;锚索布置:考虑到断层的倾向和巷道的掘进方向,决定在断层南段的巷道中心,每间隔两架钢带打一根锚索,锚索间距为2m。(见图2,图3)。

1.3 加固效果。

巷道掘成已近2年,通过现场观察,巷道断层以南岩石区域围岩及煤顶地段都没有发生明显的变形、破碎,围岩位移已基本趋于稳定,加固效果明显。

2 锚杆—锚索联合支护在顶板遇特殊岩层

护在顶板遇特殊岩层新发矿东一采施工配风上山时,遇岩层节理较发育,且在施工地段的顶板上方1.8米附近有一层煤线,开始采用锚固支护掘进施工时,由于顶板上方煤线影响,顶板离层,下沉明显,由于岩石本身节理较发育,致使顶板锚杆受力增加,甚至个别锚杆被拉断,顶板破碎严重。对于这种情况,追其原因主要是锚杆只能锚固1.6以下的岩石不能锚固到煤线上方的稳定岩层,不能从根本原因上解决顶板下沉问题。

2.1 锚杆支护方案。

同样采用树脂加长锚固锚杆组合支护系统,锚杆杆体为Φ18-M16的左旋螺纹钢筋,用两支规格分别为K2335和Z2340的树脂锚固剂锚固,每排3根,采用高强托板,配有金属网联合支护。锚杆排距为1.2m。这种支护形式不能控制顶板的下陈,但是能将煤线以下的岩层集结在一起,从一定程度上保持顶板的完整。

2.2 锚索加固方案。

加固范围:整个巷道;锚索的形式和规格:索体直径15.24mm,长度6m;锚固方式:树脂锚固和注浆锚固,采用两支型号为K2335和Z2360的树脂锚固剂锚固,锚固长度为1m;钻孔直径:孔口55mm;孔内32mm;托板:120×120×10mm的超大托盘;锚索布置:每排2根锚索,锚索间距2.4m,锚索排距1.2m。即每2排锚杆打一排锚索。锚索预紧力:锚索的预紧力应达到锚索极限拉力的40%,即100k N左右。

2.3 加固效果。

采用上述支护加固措施后,巷道围岩的强烈变形基本得到控制,变形趋于稳定,巷道的安全状况得到可靠的保证。

3 巷道过大断面交岔点

东一采采大巷过渡到大断面5m后,为一平面串尖形交岔点,东一采四片石门宽度为5m,高度为3m,联络巷宽度为3.5m,高度为3m,两巷中心线成45°角。为保证交岔点处的支护可靠,同样在该处采用了锚杆—锚索联合支护。

3.1 锚杆支护方案。

东一采四片石门仍采用前面介绍的大断面支护方案,联络巷段采用的锚杆锚固方式不变,只是顶锚杆数量为每排5根。

3.2 锚索加固方案。

由于交岔点处两巷相互削弱,使巷道破坏范围和底跨均增大,下面通过计算来确定该处所需锚索的长度和数量。先确定等效底跨L0:

式中:l1—东一采四片石门宽度,5m;

l2—联络巷宽度,3.5m;

α—两巷夹角,45°。

将上述数据代入(1)式中得:

lm=11.1m

等效底跨L0取1.5lm=16.65m。

岩层的离层厚度b用下式计算:

式中:α—等效跨度之半,8.325m;

ky—岩层稳定性系数,取0.5;

fr—岩层坚固性系数,取5;

C—巷道地压破煤值,由下式确定。

式中:ks—断面系数,长矩形取3;

γ—岩土容重,k Nm/3;

H—巷道埋深,400m;

fc—煤层坚固性系数;

h—巷道高度,3m;

ψ—煤层表面内摩擦角。

将有关数据代入(3)式得:

C=2.5m;b=6.4m

根据b值,取锚索长度为8.3m。

通过分析直接顶的厚度和交岔点处的空顶面积,计算出直接顶的重量,根据单根锚索的破断载荷(27t)计算出所需锚索数量为13根,取安全系数为2,确定锚索数量为26根。另外,为防止巷道支撑压力向薄弱的位置转移,在联络巷中又增加了8根6m长的短锚索。

3.3 支护效果。

通过采用锚杆锚索联合支护,保证了交岔点的支护可靠性,巷道顶板均得到了较好的控制。

4 结论

4.1 锚杆支护以其主动支护、及时支护、支护强度高的特点在煤巷掘进中得到了普及推广,特别是特殊条件下,和预应力注浆锚索配合,二者起着相得益彰的效果,为掘进支护提供了一种经济、有效的支护方法。

4.2 在通过断层时,锚杆支护可以有效加固断层面以下的煤岩,而注浆锚索则可将断层面以下的煤岩牢牢地悬吊在断层上方的岩层上,使其形成稳定的整体,确保顶板安全。

4.3 在软岩巷道的支护中,锚杆锚索分两次支护,能够有效地控制巷道围岩的变形,确保巷道的稳定。

锚杆锚索组合支护 篇5

煤矿巷道掘进安全一直是煤矿企业最关注的问题, 煤矿巷道掘进过程中对岩石层的支护安全则是保证整个巷道掘进安全的前提。目前, 随着煤矿巷道掘进技术发展, 越来越多的煤矿企业采用锚杆与锚索联合技术方式掘进, 这种技术方式不仅可以加快巷道掘进速度, 还可以保证巷道支护的绝对安全性[1]。

1 巷道支护的定义

巷道掘进是利用各种挖掘机械在煤矿开采前所挖掘出的一条可供大型采煤设备及施工人员自由出入的通道。一般来讲, 煤炭资源是蕴藏在煤矿山丘内, 要顺利开采出煤炭资源, 就必须先在煤矿外挖掘出一条可供开采的通道, 保证煤炭资源顺利运出。

巷道掘进支护是指在掘进过程中对巷道两侧岩石层进行支撑保护的一种措施。通常来说, 煤矿内部岩石层结构都是相互连结且错综复杂的, 企业施工人员在巷道掘进时会因某一区域的施工而使其它区域岩石层松动, 导致岩石层下滑或塌陷状况。巷道支护的主要作用就在于可以通过钢管、钢网等设施加固巷道区域内的岩石层, 使岩石层结构重新趋于稳定状态, 以此来保证巷道掘进安全和进度。

2 巷道破坏原因分析

煤矿巷道之所以会在掘进中受到破坏, 其主要原因是由于原岩应力作用而产生的。一般来讲, 在巷道掘进中的应力作用达到一定压力时, 岩石层会发生变形。同时, 随着岩石层变形区域增大, 使该区域范围内岩石层也受其影响产生较容易塌陷的点, 使巷道产生弹性区和塑性区。一般情况下, 巷道的施工均在距地面1 000 m左右的地下进行, 会不可避免地受到应力作用, 这些应力主要是由地壳长期变化而形成的。同时, 煤矿在地壳长期变化中势必会出现各种断层、褶曲等形状, 这些形状在巷道施工中因所受应力作用不同, 因此产生的破坏程度也不同[2]。

3 锚杆和锚索支护技术

锚杆支护主要是指在边坡、岩土基坑、煤矿巷道中采用加固手段稳固结构的一种方式, 它主要是用木件、金属、聚合物及其它材料制成, 利用锚杆头部深插岩石层内稳定岩石层的一种技术手段。锚杆技术有成本较低、支护效果较好、操作方便等优点, 被广泛应用在煤矿巷道掘进工程中。

锚索支护主要是指通过锚杆的轴向应力作用, 将岩石层区域范围内的岩石体结构的应力状态由单向或双向受力转变为三向受力, 提高和稳固岩石层周围区域的结构稳定性及抗外界压力的能力和强度。另外, 锚索支护的主要目的在于使巷道掘进施工中的压缩带既能够承受自身所带重力, 也可以承受来自外界的荷载压力, 从而稳固巷道岩石层区域, 防止岩石层因变形造成的巷道掘进安全问题。

4 锚杆锚索联合支护在煤矿巷道掘进中的应用

随着煤矿行业发展, 越来越多的煤矿作业选择在较远地区或山丘上, 同时由于地势地形因素影响, 为确保巷道支护的绝对安全性, 就必须采用一种全新的支护技术方式。通过煤矿企业施工人员不断分析研究, 总结出将锚杆支护技术与锚索支护技术相结合的支护方式, 以加固稳定煤矿巷道岩石层结构。

4.1 实例分析

荥阳北山煤矿开采企业对荥阳煤矿北二采区西翼28层一区段、东翼27层二区段、西翼27层二区段进行巷道掘进工程施工, 该区域的地理形势如下:该巷道掘进工程主要位于东翼27层二区段内, 区域内煤层最大厚度6.91 m, 最小厚度3.69 m, 本区域煤层27层顶泥岩厚度为1.5 m, 结构性较好、土质较硬, 遇水后会发生松软, 直接顶为9.36 m厚的细沙, 胶结性较差, 较松散。直接底为2.04 m, 固结性较差, 遇水后会松软。另外, 该煤层西部倾斜度较小, 最小为6°, 东度倾斜度较大, 最大可为24°。该掘进区域内遇到的新层较多, 且断层附近区域内岩石层较细碎, 节理性发育含水份, 给掘进施工带来诸多困难, 见表1。

4.2 锚杆锚索联合支护的性能分析

根据该煤矿巷道掘进施工工程特点, 该企业采用巷道顶板用锚杆锚索联合支护方式施工, 两侧区域内采用锚杆支护。由于在锚杆锚索联合支护的预应力作用下, 煤矿巷道顶板基本顶和直接顶之间及基本顶和各岩石层之间的横向预应力大大增加。同时随着巷道顶板变形度增加, 该顶板层基本顶呈逐渐升高趋势, 使岩石层得不到纵向膨胀。另外, 施工人员分析, 该煤矿岩石层由近乎二向应力向三向应力转化, 在这过程中, 岩石层极限强度得到快速提升, 岩石体自身的抗弯曲能力也得到提高。经分析研究表明, 采用锚杆锚索联合支护方式可以大大改善巷道内被加固岩石层的力学结构, 见图1。

4.3 锚索预应力设计

锚索预应力在岩石层不同区域内所受到的压力是不同的。一般来讲, 由于巷道顶板所受的破坏范围较小, 锚索支护主要作用于岩石层顶板下部, 以防止岩石体错动和失稳。另外, 当岩石层下部锚索支护后, 岩石层会产生一定程度变形, 即流变效应。该效应随时间推移, 作用于岩石层的强度会不断降低, 因此当锚索作用于岩石结构中的稳定层时, 锚索的悬挂作用此时处于整个支护的主要地位。施工人员发现, 当使用锚索支护后, 在保证锚索支护设计合理且不受破坏的前提下, 岩石层稳定性可以控制在预定范围内。但如果稳定层上移, 则可使锚索完全处于被破坏层内, 此时岩石层与锚索间相互作用则会产生一定承载力。除此之外, 该企业施工人员经研究确定, 在巷道掘进支护中, 锚索的间距为1.6 m左右, 且排距也为1.6 m左右。同时按照该巷道区域内岩石层情况设定每排安放两根锚索, 且要布置于巷道中间的位置。根据需要, 选用锚孔孔径为28 mm的锚索, 索长4 m, 首次锚索深入的深度要大于3.7 m, 每根锚索配4卷树脂药卷, 且要求预应力不小于20 t[3]。

4.4 锚索施工

a) 锚索钻孔工序, 要求开孔沿横截面偏差要控制在100 mm内, 纵向偏差要控制在50 mm内, 钻孔时的角度差控制在2°上下。开孔直径为30 mm, 且孔深要大于所设定的深度, 以保证锚索顺利安装;b) 锚索杆要采用三根15.2#型钢绞线拉扯, 且要保证钢绞线外观不存有弯曲、裂痕等情况, 以保证锚索安全性;c) 当锚索达到一定强度后, 可以进行预应力拉张动作。由于巷道内工作范围十分狭小, 施工困难, 因此应采用较小型的设备进行拉张。同时, 等待30 s树脂锚固剂被完全养护好后, 需进行托梁和托盘的安装, 安装中要使其紧贴于巷道顶板位置, 同时挂好拉张千斤顶, 开泵进行拉张作业。在拉张作业时, 要随时观察压力表的参数, 如果发现千斤顶行程不足, 应该立刻回程继续拉张, 直到千斤顶达到行程为止。需注意的是, 在拉张时, 锚具要在钢绞线外保留25 cm的裸露距离, 并将多余部分用专业切割设备去除, 再拆除千斤顶, 完成锚索安装。

5 结语

锚杆锚索联合支护在煤矿巷道掘进支护中具有重要作用, 它可以最大限度保证巷道支护安全性, 为施工人员的生命安全及施工工期提供必要保证。

摘要：随着中国社会主义现代化建设步伐加快, 对煤炭资源的需求量越来越大。煤矿行业作为中国经济建设发展的基础, 对中国实现全球一体化经济发展目标具有重要意义。在煤矿巷道掘进中, 安全是首要任务, 针对煤矿锚杆锚索联合支护在巷道掘进中的应用进行简单分析与探讨。

关键词：煤矿,巷道掘进,支护

参考文献

[1]张新立.锚杆锚索联合支护在煤矿巷道掘进中的应用[J].煤, 2014 (12) :89-90.

[2]曹以旭.锚杆锚索联合支护在巷道支护中的作用[J].中国高新技术企业, 2014 (17) :24-25.

锚杆锚索组合支护 篇6

纳林庙煤矿二号井对巷道支护技术的研究也有十几年历史, 积累了丰富的经验和研究成果。这些支护成果在当时的条件下, 都取得了良好的支护效果, 保证了矿山的稳产高效。但近年来随着采煤范围的扩张和采动影响的不断加大, 加上复杂工程地质条件、顶板水、底板软岩等不利因素的影响, 大巷及顺槽巷道也出现了局部冒顶等或多或少的安全问题。例如, 4-1煤大巷的无腿工字钢棚架设处的混凝土喷层发生了开裂、有些部位发生了局部脱落。4-1煤的102工作面辅运顺槽在未受采动影响的情况下发生了局部冒顶事故, 最高冒高在5.1m左右, 面积达120m2左右。因此, 有必要就锚杆 (索) 支护机理进行深入研究。

1 4-1煤巷道锚杆索锚固力测试

为了测试4-1煤巷道锚杆索锚固力, 对最具代表性的4-1102主运顺槽进行锚杆索拉拔试验。试验主要是针对巷道已打锚杆及锚索进行拉拔, 从而检测巷道顶锚杆、顶锚索和帮锚杆的锚固力。试验数据如表1所示。

在4-1煤顺槽内布置多个锚杆索锚固力测试点, 测试位置主要是针对巷道内顶板淋水地带、顶板较破碎地段、交叉口大断面地段和架棚地段。根据表1拉拔数据和做拉拔试验时的现场现象, 可以得出:

(1) 由于顶锚杆采用直径为20的普通螺纹钢锚杆, 锚杆的屈服载荷为105k N左右;帮锚杆采用玻璃钢锚杆和16的普通螺纹钢锚杆, 锚杆的屈服载荷为67k N左右;顶锚索采用15.24的钢绞线, 锚索的破断载荷为260k N左右。由此, 确定顶锚杆拉拔试验的拉拔力为100k N, 帮锚杆的拉拔试验张拉力为65k N, 锚索拉拔试验张拉力为186k N。

(2) 顶锚杆拉拔力达到100k N左右时, 锚杆拉出的位移较小, 最大的位移小于20mm;顶锚索拉拔力达到186k N时, 锚索拉出的位移最小, 均小于15mm, 大部分小于10mm;帮锚杆拉拔力达到65k N时, 锚杆拉出的位移最大, 能够达到30mm。

(3) 帮左旋无纵筋螺纹钢锚杆直径为16mm, 钻孔直径为28mm, 两者孔径差相差为12mm, 导致锚固剂搅拌不均匀, 从而使得帮锚杆的锚固力达不到设计要求。

2 巷道围岩可锚性测试

通过对4-1煤做巷道锚杆锚固力测试, 可知, 虽然4-1煤围岩有所区别, 但是两层煤顶锚杆和顶锚索的锚固力基本满足要求, 但是其拉出位移均较大;帮锚杆锚固力均存在问题[12]。因此, 通过对4-1煤巷道围岩进行可锚性试验, 进一步分析巷道锚杆的支护质量。

巷道围岩可锚性试验分别对4-1102辅运顺槽、4-1102主运顺槽、4-1103辅运顺槽和4-1103辅运顺槽做锚杆索拉拔试验。可锚性试验数据, 如表2所示。

在做4-1煤巷道围岩可锚性试验时, 顶锚杆采用20mm左旋无纵筋螺纹钢, 树脂锚固剂为一长一短配合, 长的锚固剂为MSK2360, 短的锚固剂为MSCK2335, 锚杆锚固力均能达到100k N。帮锚杆采用两种直径锚杆, 一种为直径16mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆, 一种为直径20mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆。两种不同直径锚杆所使用的锚固剂均为一长一短配合, 长的锚固剂为MSK2360, 短的锚固剂为MSCK2335。由拉拔试验数据表2可知:

(1) 当锚杆使用20mm左旋无纵筋螺纹钢时, 锚杆锚固力均能达到设计要求, 且拉拔位移大部分为10mm左右, 拉拔位移较小, 说明锚固性能良好。

(2) 当锚杆直径为16mm时, 锚杆能够拉到65k N, 但根据现场试验可知, 顶锚杆锚固段发生响声, 发生滑移现象, 且拉拔位移较大, 拉拔位移值达到25mm左右, 锚杆明显存在拉出现象。

3 结论

根据以上试验数据和分析, 可得出以下结论:

(1) 对巷道锚杆索进行拉拔试验时, 两者都发生了较明显的位移, 造成此现象主要有两个原因:一是锚杆锚固段发生了较明显的滑移变形, 锚固剂发生了破坏, 二是锚杆及锚索的预紧力不足, 导致张拉过程中, 重新对锚杆及锚索进行了预紧, 从而形成较大位移。

(2) 对巷道原支护锚杆 (直径为20mm) 进行拉拔试验时, 直径为20mm锚杆拉出位移小于直径为16mm的锚杆拉出的位移, 分析原因为:直径20mm的锚杆与直径28mm的钻孔匹配性好于直径16mm锚杆与直径28mm钻孔;巷道帮锚杆拉到65k N时, 锚杆都被拉出, 完全失效。

(3) 巷道原支护基本能达到设计要求, 但是由于顶锚杆和顶锚索的预紧力较低, 导致两者也有较大的拉拔位移, 但拉拔试验后顶锚杆和顶锚索仍能紧贴岩面。

摘要：本文介绍了纳林庙煤矿二号矿井巷道锚杆锚索支护的试验研究。

关键词：巷道,锚杆,锚索

参考文献

[1]康红普, 等.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析实践[J].岩石力学与工程学报, 2010, 29 (4) :650-662.

锚杆锚索组合支护 篇7

1 巷道概况

新安煤矿现已开采至-500 m水平, 采深达到650 m。岩石巷道开拓后巷道变形速度快、巷道围岩变形范围大, 显现出软岩特征。其深部采区石门巷道断面形状为半圆拱形:拱高2.1 m, 墙高1.2 m, 宽4.2 m。为了满足矿井安全生产需求, 采取锚杆锚索联合支护技术来控制围岩变形。

2 锚杆锚索联合支护分析

2.1 作用机理

锚杆支护加固了围岩表层, 在软弱岩层中形成压力带, 使被锚固岩层组形成一个承载结构, 改善了下部岩层的受力状态, 提高了岩层的承载能力。锚索锚入上部稳定岩层或位于上部较远的岩层内, 可将下部软弱岩层悬挂于上部稳定的岩层中。锚杆加固作用与锚索悬吊作用的结合, 使支护体得到较好的控制。当锚索长度等于、大于松动范围时, 锚固位置的岩层已远离掘进空间的表层, 受到干扰较少, 稳定性好, 可构成稳定的承载结构, 从而将上覆岩层的压力传递到距离巷道较远的周围岩体中, 使结构物与围岩连锁在一起共同作用。这样, 有利于表面结构的稳定, 并使结构物和围岩介质共同作用形成复合体, 使被锁岩层能更有效地承受负荷产生的拉力和剪力, 从而使巷道保持完好。

2.2 联合支护设计原则

(1) 必须同现场实际情况以及施工技术相结合, 遵守设计程序。

(2) 当锚索延伸量小于围岩变形量时, 将锚杆支护与锚索支护的参数设计结合起来综合考虑。

(3) 根据锚杆锚索支护作用原理, 锚索支护参数设计除了需确定锚索悬吊能力和锚固深度外, 还必须验算锚索延伸量是否与围岩变形相适应。

2.3 联合支护设计思路

(1) 以支护设计依据为前提, 应用工程类比法, 参照已有的工程或类似条件工程的支护效果。

(2) 改变锚杆支护参数和形式, 选择支护效果较好的锚梁网支护参数和形式。在满足锚杆安装施工要求的前提下, 尽可能延长锚杆长度。通过数值模拟, 可得到锚杆支护允许顶板变形的最大下沉量以及在围岩趋于稳定条件下的松动破坏区范围。

(3) 由所得到的顶板下沉量以及围岩松动破坏区的范围确定锚索加强支护方法。锚索长度可根据围岩松动破坏区的范围来确定;根据锚杆支护所允许的顶板最大变形量, 确定锚索的滞后安装距离或时间。

(4) 对锚索所需延伸量、锚索长度和密度加以判定, 来确定锚索在实际延伸量及其与所需延伸量方面的差值, 从而提高其联合支护的可靠性。

(5) 为了使支护设计更加可靠, 结合理论计算, 并采用悬吊原理对锚索的承载能力进行检验。

3 巷道支护设计

(1) 锚杆。

顶板半圆拱部分采用Ø22 mm×2.5 m锚杆配钢带支护, 从拱顶位置开始安装, 间排距均为1 m;巷道两帮采用Ø22 mm×2.0 m锚杆配钢带支护, 间排距均为1 m (图1) 。顶板每根锚杆使用2卷树脂药卷锚杆, 锚固力达到100 kN。帮锚杆每根使用1卷树脂药卷, 锚杆锚固力达到60 kN。顶板钢带为W型, 两帮钢带为H型。

(2) 锚索。

锚索选用高强低松弛钢绞线, 锚深6 m以上, 外露300 mm, 垂直打入顶板, 排距2.0 m, 间距为1.0 m。锚索托盘采用300 mm长小槽钢制成。由于巷道围岩显现出软岩特性, 为增加锚索对围岩变形的适应性, 并对围岩的部分位移进行释放, 需滞后补打锚索。现场实践证明, 根据巷道帮顶变形速度的变化情况, 滞后掘进工作面10～20 m范围补打锚索, 此种情况锚索支护效果最佳。

(3) 金属网。

采用菱形金属网, 网片尺寸为1.2 m×2.4 m, 搭接长度100 mm, 逐扣连接。

(4) 喷浆。

喷射约100 mm厚的混凝土层, 喷浆使锚网带索联合支护进一步形成整体结构。

4 支护效果

新安煤矿采用上述支护方式对破碎软岩巷道进行支护, 有效地控制了巷道变形 (图2) , 使巷道处于稳定状态, 保证了巷道使用断面, 满足了煤矿安全生产要求。

5 结语

巷道开挖过程也是围岩应力调整过程, 应力调整大小与巷道赋存条件、巷道断面形状、断面大小、岩性及施工工艺有关。其中, 不可改变、无选择余地的因素反而对巷道的稳定性影响巨大, 特别是围岩特性。

软弱巷道围岩的松动范围大, 岩体强度低, 要保持巷道稳定和满足正常生产, 必须采用合理可行的支护对策和支护方案, 以适应和改善各种围岩特性, 方可取得技术上可行、经济上合理的支护效果。

摘要：目前, 我国在顶板较为软弱破碎的巷道中普遍使用锚杆锚索联合支护方式。在对锚杆锚索联合支护原理和设计方法探讨的基础上, 新安煤矿在软弱破碎巷道采用高强度锚杆、锚索以及滞后安装锚索等方法进行支护, 有效缓解了锚索因顶板离层而承受的集中压力, 增强了锚索适应围岩变形破坏的能力, 使锚杆锚索联合支护的互补作用和锚杆的加固作用得到充分发挥, 有效防止因锚索破断引起的冒顶事故。

关键词：锚杆锚索联合支护,软岩巷道,锚岩支护体

参考文献

[1]何满潮.软岩巷道工程概论[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1993.

[2]何满潮.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1996.

[3]王卫军, 侯朝炯.软岩巷道支护参数优化与工程实践[J].岩石力学与工程学报, 2000, 19 (5) :647-650.

[4]林育梁.软岩工程力学若干理论问题的探讨[J].岩石力学与工程学报, 1999, 18 (6) :690-693.

[5]李占金, 徐东强.软岩巷道支护理论及支护理论的研究和发展[J].河北理工学院学报, 2003, 25 (4) :8-13.