锚索联合支护（通用10篇）
锚索联合支护 篇1
本工程位于福建省永安市桃源镇黄板洋村北侧泉三高速公路三明段SMA7合同段。滑坡段里程桩号为YK173+700～YK173+820,长约120 m,设计为四级边坡。滑坡体位于舌状伸出的山脊南端边缘部位,此处原为古滑坡体,由于路堑的开挖,形成新的滑坡,滑坡体长约141 m,宽约87 m,高度约为40 m,滑坡后壁最大错距达3 m～4 m,已变形破坏的滑坡体厚度7 m～10 m,滑坡总方量约为6万m3,滑坡裂缝纵横密布,滑坡岩土破坏解体严重,并有向后部山体牵引发展的可能,存在严重的危害和威胁。故必须对该段边坡滑坡进行工程整治,确保该段坡体稳定和高速公路交通安全。
1工程地质和水文地质状况
1.1 工程地质
据调查分析,本场地断裂构造不发育。滑坡体地层上部为第四系坡积黏土及含碎石亚黏土、块石等,下部为侏罗系梨山组炭质粉砂岩及粉砂岩。该滑坡滑动带主要依附于坡体内部的砂土状强风化层的顶底面孕育和发展,并受控于基岩层面产状和结构面的不利组合。
1.2 水文地质
场地为一南北向展布山岭的山脊前缘,地表水水文地质条件简单;地下水为孔隙裂隙潜水,赋存于砂土状强风化岩石以下的各类基岩孔隙和裂隙中,具弱渗透性。地下水水位深度 8.8 m～14.5 m,在YK173+720～YK173+740段有2下降泉泉水出露,泉水流量在0.025 L/s左右,雨季时水量加大,另据地勘调查资料,本滑坡西侧沟谷中有2处落水洞,疑为地表水下渗通道,对边坡稳定有不利的影响。
2边坡滑坡产生原因分析
1)从地貌分析判断,该滑坡路段存在前部地形凸出,后部呈圈椅状,坡体呈多级台阶状地形,具古滑坡地貌特征。老滑坡的存在,是边坡滑坡变形和破坏产生的地质基础。
2)从坡体地层结构特征上看,场地覆土较厚,达10 m左右,岩性为坡积亚黏土。下伏基岩风化深度大,岩体破碎,对边坡稳定不利。岩层产状与边坡倾向近于一致,且不利结构发育,对边坡稳定极为不利。上述脆弱的地质背景和易滑地层结构环境,是新滑坡产生的主要原因之一。
3)该滑坡滑动带主要依附于坡体内部的砂土状强风化层的顶底面孕育和发展,地下水的作用,也是该边坡滑坡形成的主要因素之一。
4)持续降雨是该边坡滑坡产生变形破坏的主要诱发原因之一。大量雨水入渗坡体,地下水位抬高,空隙水压上扬,滑带岩土有效抗剪强度显著降低,恶化坡体稳定。
5)路堑开挖是边坡滑坡产生变形破坏的直接诱发原因。由于路基挖方,坡脚失稳,破坏边坡的力学平衡,引起坡体内应力重分布,滑坡为牵引式滑坡。
3滑坡治理方案
3.1 滑坡稳定性分析与推力计算
在工程地质勘察报告的基础上,结合现场踏勘和深部位移监测情况,分析该边坡各级块的稳定性现状,并以强度反算指标为主,结合有关滑体及滑带岩土的成果资料,综合确定各级滑体岩土的强度指标,分析并计算滑坡推力(见表1)。
3.2 滑坡治理方案设计
3.2.1 堑顶锚索抗滑桩工程
在路堑边坡顶设置锚索抗滑桩一排,桩中间间距为6 m,共计15根,桩截面为1.8 m×2.0 m,桩长均为25 m。每根桩头设2孔锚索,锚孔向外偏斜2°～3°,单孔锚索设计荷载为1 000 kN,锁定荷载为800 kN,设计孔深为33 m,设计锚固段长为12 m,锚索为8束压力分散型锚索,由4个单元锚索组成,每个单元锚索分别由2根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成,钢绞线为ϕ15.24 mm,强度为1 860 MPa的高强度低松弛无粘结钢绞线。锚索抗滑桩桩身结构见图1。
3.2.2 边坡锚索框架工程
在第二级坡面坡率为1∶1.25时,设锚索框架加固,第二级共设15片锚索框架,每片框架设4孔锚索,上排锚索长28 m,下排锚索长26 m,设计荷载均为700 kN,锚固段长均为12 m,锚孔倾角均为25°。框架梁采用C25钢筋混凝土,梁宽度400 cm,厚度60 cm,下部30 cm嵌于坡面土体内。锚索施工完毕后, 要求框架内采用TBS植草防护。预应力锚索结构见图2。
3.2.3 坡脚挡墙工程和排水等工程
在边坡第一级设坡脚挡墙加强支挡,以防止坡脚滑移变形破坏;在第一、二级坡脚各设一排仰斜式排水孔,以将滑坡体内的地下水引排出坡体内,降低地下水对边坡的危害;同时在刷坡顶设置截水沟,引排地表水和地下水。
4施工及检测
4.1 施工顺序
4.1.1 土石方工程施工
要求严格按照从上到下的开挖施工顺序逐级开挖,待上级边坡锚固工程全部实施并产生加固作用后方可进行下级边坡的土石方开挖作业,逐级开挖,逐级加固,直至全部防护工程结束,确保坡体稳定和结构安全。
4.1.2 坡面锚索框架施工
预应力锚索施工主要包括锚孔钻造、锚筋制安、锚孔注浆、混凝土框架钢筋制安、混凝土浇筑、锚孔张拉锁定和验收封锚等工作流程。其中锚孔成孔和锚孔注浆是两个主要环节,而锚孔成孔的技术关键是如何防止孔壁坍塌、卡钻;注浆的技术关键是如何将孔底的空气、岩(土)沉渣和地下水体排出孔外,保证注浆饱满密实,当锚固段遇土质或砂土状强风化岩层且富水时应采用二次高压劈裂注浆法来提高地层锚固力。
4.1.3 抗滑桩及桩头锚索施工
桩坑开挖要按跳二挖一和从两侧向中间的施工顺序施工,遇有坑槽积聚地下水时,应采用井点降水,随聚随抽,采取有效可行的引排封堵等工程措施进行永久处理,确保基础工程质量和结构整体安全,桩身采用C25混凝土浇筑,桩底先铺10 cm厚的混凝土后再进行钢筋制安,浇筑时不间断,一次性完成。桩身质量须按桥梁桩基标准进行检测,检测合格后,施作并张拉桩头锚索,抗滑桩实施完成锚索张拉后,方可向下开挖。
4.2 高边坡滑坡监测及锚索预应力检测
本边坡施工监测采取深孔位移监测,在滑坡主滑断面布置5孔监测孔,两侧各设1个辅助监测断面,每断面设3孔。布置基本原则是:第一、三级坡顶设1孔,抗滑桩后一定距离设1孔,主滑断面在现滑动范围外的老滑坡内设2孔,并应尽可能利用补充勘探孔作为监测孔。在锚索头安装测力传感器,通过一年的观测,测量结果已基本稳定。同锁定值比较,预应力平均损失仅为3.51%,最大为4%,还有个别测力计测值略有增长,这表明边坡锚固后是稳定的。
5结语
黄板洋路基高边坡滑坡治理后,通过连续一年多的变形观测和应力观测,滑坡体已处于稳定状态,说明这种治理方案是成功可行的。预应力锚索及其框架梁施工工艺简单、高效和安全,便于机械化施工,能有效降低对坡体的扰动;抗滑桩具有抗滑力强、适用条件广泛、对滑坡的根治性能好等优点。两种支护体系的联合应用,可以弥补传统支护方式的不足,并能取得显著的工程经济效益。
参考文献
[1]周晓军.广惠高速公路段高边坡滑坡整治[J].山西建筑,2008,34(1):312-313.
锚索联合支护 篇2
关键词：复合顶板；松软煤层；锚网和锚索梁联合支护
因为该煤层的煤体相对松软，顶板为复合型顶板，极易脱落，因此我们如果继续使用以往的支护理念和支护技术不仅效果较差，而且可能带来很大负面影响，这主要是由于传统的支护技术，比如矿工钢梯形支架和U型钢支架，它们的造价相当高、钢材消耗量较大、浪费人力资源。鉴于此，我们可以应用预应力螺纹钢锚杆和预应力锚索支护等新技术开展施工工作，实践证明效果是十分明显的。
一、地质概况
该煤层位于井田分界构造F5断层的西部位置，其煤为黑色半亮型，主要煤型为亮煤，该煤层的机构十分复杂，平均煤层厚度约为3.0m，煤层倾角为8°-15°，煤层普氏系数f <1，呈裂隙发育状态。煤层伪顶约0.5m，黑灰色细砂岩，其层理和节理均得到一定程度的发育，但易脱落。
二、巷道支护方式的选择及参数设计
（一）巷道支护方式的选择
我们知道，架棚支护与锚网支护的作用机理不同，采用锚网和锚索梁联合支护的承载力高，造价较低，灵活便捷，施工高效，且具有柔性可缩、稳定性好等诸多优势，同时我们可在巷道掘进中顶板采用预应力螺纹钢锚杆配合小眼孔冷拔丝钢筋网护顶，煤帮采用普通树脂锚杆配合尼龙网护帮，将护帮网与护顶网进行联结，就可以形成一个帮顶网全封闭支护的模式，确保自稳和回采的顺利进行。
（二）锚网和锚索梁联合支护参数设计
（1）锚杆支护参数计算
L ≥N（1.1 +W 10）
L ≥C +t +n
D ≤0.5L
Q ≥RhD
Q ≥RhD2γ
式中：
L代表锚杆长度，m；
W代表巷道跨度，m；
N代表围岩稳定性系数，取N=1；
C代表围岩松动圈厚度，取C=0.9～ 1.2m；
t代表锚入老顶厚度，取t≥0.3m；
n代表锚杆外露长度，取0.1m；
D代表锚杆间、排距，mm；
Q代表锚杆锚固力，t；
R代表安全系数，取2～3倍；
h代表软弱岩层厚度，h=1.1m；
γ代表软弱岩层平均容重，γ=2.5t/m3.
根据上述公式，笔者得出如下参数结果：
锚杆长度L≥1.6 m，锚杆间排距 D≥ 0.8 m。
结合这一结果，为保险起见，我们将顶部支护选用了16Mn螺纹钢，锚杆长度2.0m，直径为18mm。每根锚杆使用Z2535型树脂药卷两节，每根锚杆的锚固力大于8t，间排距为800mm×800mm，顶板铺设小眼孔冷拔丝钢筋网（钢筋网主材Φ4mm冷拔丝，网目40mm×40mm）。煤帮选用Φ16mm的树脂锚杆，杆体长度1.6m，锚杆托盘规格110mm×110mm×5mm，间排距为1000mm×1000mm，两帮均铺设尼龙网，增强煤巷软帮的直立和稳定效果，单根锚杆锚固力大于4t。
（2）锚索支护参数计算
结合相关的地质资料分析，为了预防巷道顶板岩层发生比较大面积的垮落事件，我们用Φ15.24mm、L=7000mm的钢铰线把锚杆加固的“组合梁”整体悬吊在坚硬岩层当中，值得注意的是此处的冒落高度要大于锚杆长度，靠巷道两帮的角锚杆和锚索一起发挥悬吊作用，在忽略岩体粘结力以及内磨擦力的情况下，我们取垂直方向力的平衡，主要运用下列公式计算锚索间距：
L' = nF2 / [BHγ-（2F1sinθ）/L1]
式中：
L'代表—锚索间距，m；
B代表巷道最大冒落宽度，取4m；
H代表巷道冒落高度，按最严重冒落高度取2m；
γ代表岩体容重，26.7kN/m3；
L1代表锚杆排距，0.85m；
F1代表锚杆锚固力，70kN；
F2代表锚索极限锚固力，取230kN；
θ代表角锚杆与巷道顶板的夹角，取75°；
n代表锚索排数，取1。
通过计算，L' =3.8 m，为安全起见，锚索间距设置为3.0 m，其支护断面如下图所示。
三、顶帮锚网支护工艺要求
本巷道采用EBZ—75C型悬臂式掘进机截割、装载煤体，运煤运料则采用的是配套的型号为DSJ—80型可伸缩胶带输送机。在煤巷进行打锚杆的过程中，顶部支护使用MQT—120/2.3型风动锚杆钻机机进行，而两帮支护采用MQS—50/1.5型风动帮锚机进行，短掘短支，全断面一次成巷。
锚网支护工艺流程主要是，第一步是使用掘进机对煤体进行截割、转运，第二步是检查巷道规格尺寸是否符合设计要求，第三步是待操作人员退机之后，进行敲帮问顶作业，使用长柄工具对顶帮活煤、活矸进行处理，第四步是进行吊联顶网，第五步是进行临时支护，第六步是按照设计的间排距打锚杆，在锚杆支护的过程中，逐根及时安装托盘、紧固螺母至设计扭矩，并用扭力矩扳手检查扭力矩是否达到标准，最后打帮锚杆。
四、结语
综上所述，锚网和锚索梁联合支护技术应用在巷道掘进速度、工效、工程质量等得到了有效提升，大幅度减轻了作业人员的劳动强度，为综采工作面接续创造了良好条件。
参考文献：
[1]刘丕利. 锚网和锚索梁联合支护在复合顶板松软煤层巷道施工中的应用[J]. 煤炭技术，2010，02：63-64.
矿井锚杆锚索联合支护应用分析 篇3
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.
锚索联合支护 篇4
【关键词】石龙水电站；边坡加强支护；锚索；施工
1、工程概况
石龙水电站位于抚松县境内松江河上，总库容4120万m3。安装2台单机35MW水轮发电机组，多年平均年发电量1.257亿kW.h，利用小时为1796h。本工程包括：1000KN无黏结预应力锚索96根，锚索造孔累计3529.6m。
2、预应力锚索施工方法
2.1影响孔斜率的因素
1）地层岩性的影响：岩石的坚硬程度、风化状态、岩体的完整性、结构面的空间组合都直接影响钻孔精度。锚索施工部位岩石破碎，较难成孔，孔斜控制困难大。
2）设备的影响：施工主要设备采用DKM-1型潜孔钻机，该钻机工作稳定，对孔准确，移位方便，转速和给进压力可调范围大，可以适应高精度钻孔的各项要求。
3）人为因素：任何施工措施和工艺方法，都要在既定的操作规程和严格的施工管理下完成。
2.2支点纠偏原理及措施
水平钻孔向下偏斜的主要原因是受重力影响，在重力和回转摩擦力作用下钻孔发生偏斜。理论上只有钻头在孔底处于悬浮状态时，钻进方向才不易产生偏斜，而控制钻头与孔壁各方向上的摩擦力的大小，是在发现钻孔偏斜后纠偏的主要手段。施工中在冲击器与钻杆连接部位安装主导正器，利用钻杆重量使钻头处于悬浮状态工作，保证钻孔方向。在钻杆适当部位安装副导正器，用来调整钻杆挠度，使钻头与孔壁摩擦力可控，从而在钻孔发生偏斜后纠偏。
2.3索具编制
2.3.1架线环的改进设计
1）原架线环的设计方案：原设计架线环采用托盘式结构。在锚索下入过程中，遇到掉块、坍塌的坑哇部位，经常发生锚索被卡死，整根锚索无法顺利下入孔底。
2）改进后架线环的设计：经现场试验采用骨架式架线环，遇到掉块、坍塌的坑哇部位只要上下窜动，架线环可以顺利通过。
2.3.2止浆环的改进设计
1）原止浆环的设计方案：锚索内锚段止浆环原设计采用钢管式结构，用胶囊注入环氧树脂，结构复杂，由于钢结构外形尺寸与孔壁间隙小，遇到掉块就卡住，锚索也无法下入。2）改进后止浆环的设计：经研究后采用了布袋式结构，将布袋内注入发泡胶，发泡胶下入孔内一定时间后膨胀，实现止水封堵。由于布袋是软的掉块不易卡住，锚索顺利下入。
2.4下索过程应注意事项
1）下索前，须重新洗孔以确保孔壁清洁无岩屑，孔中的塌孔、掉块应进行清理干净。
2）检查锚索的进、回浆管是否畅通，止浆环是否完好。
3）为防止下索过程中损坏锚索配件，下索时禁止索体转动，索体下到设计深度后，检查注浆管是否畅通，若发生堵塞，可用注浆泵冲洗，若无法排除故障，拔出索体处理后重新下索。
2.5灌浆
内锚段灌浆是施工关键环节。水泥浆液要求早强、高强，可灌性好，能产生微膨胀效果，无腐蚀性。故水泥浆液不能含有硫、氯等有害成分。优先使用高标号普通硅酸盐水泥，不得使用矿渣水泥、火山灰水泥及氯化钙外加剂。作为永久性支护使用的锚索为防止钢材被锈蚀宜尽快进行灌浆，使锚索与二氧化碳和水汽隔绝。
2.6垫座砼的浇筑
垫座砼用钢筋混凝土浇筑，钢筋的配置按照设计图纸进行，在浇筑前须处理孔口处岩面，清除不稳定岩块，保证孔口岩石面近垂直于孔轴线，防止张拉施工发生跑墩现象。斜面若光滑，必须将岩面处理成蜂窝状的粗糙平面。锚垫板是将锚索的集中荷载均匀地传递到砼垫座的主要构件，安装必须牢固，锚垫板与锚孔轴线垂直。
2.7张拉
张拉分级标准为：1000KN级锚索：预紧-500KN-750KN-1000KN-1050KN。张拉时应及时做好记录，当发现实际伸长量大于理论伸长量10%或小于5%时，应停止张拉操作，查明原因，采取相应措施后继续张拉。
2.8外锚头的保护
锚索在张拉锁定，并封孔灌浆之后，可将锚索预留50mm长度，用C25细骨料砼将锚头密封保护。对于需要长期观测的无粘结锚索，应在外锚头外加设保护帽，保护帽内注满无粘结锚索专用的SX—Z型防腐脂，以保护外露夹片和钢绞线不受锈蚀。
3、小结
锚索联合支护 篇5
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。
锚索联合支护 篇6
1 联合支护技术应用情况
(1) 永久性巷道的煤 (岩) 巷采用锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护。二水平改扩建井巷施工中, 锚杆采用Ø20 mm×2 000 mm等强树脂锚杆, 间排距均为700 mm, 其外露不超过50 mm;锚杆托盘为10 mm厚的钢托盘, 托盘紧贴煤岩面, 锚杆角度与巷道轮廓线或岩层层理面夹角≥75°;金属网使用2 200 mm×900 mm金属网片制成, 上下、前后压平齐, 金属网搭接100 mm, 并用托盘压紧, 锚杆托盘螺帽必须上紧, 顶锚杆锚固力≥105 kN/根, 帮锚杆锚固力≥64 kN/根;锚索为Ø17.8 mm×6 500 mm, 间排距均为1 500 mm。在巷道掘进中使用锚杆、锚索、金属网支护, 提高了掘进工效, 节约了材料消耗, 降低了工人的劳动强度, 达到了安全高效掘进的目的, 为回采工作面的提前安装提供了有利条件, 保证了综采工作面正常安全接替。锚杆、锚索、金属网联合支护, 简化了回收程序, 减少了作业量, 同时节约了工时和材料成本, 确保了安全高效生产。
(2) 回采巷道使用锚杆、锚索、金属网联合支护。回采巷道较永久性开拓掘进巷道使用锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护为晚。由于在二水平改扩建中, 施工的井巷工程大部分使用锚网喷支护技术, 随着改扩建工程采深的增加, 矿井周围矿压影响大, 延深施工矿压渐渐增大, 深度开掘巷道仅利用锚杆、金属网喷浆支护无法满足现代化安全生产需要。为此引进了锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护技术, 加强巷道支护。锚索规格Ø17.8 mm×6 500 mm, 间排距均为1 500 mm。经拉力试验, 锚索张拉预动力不小于120 kN, 锚索外露不大于350 mm, 喷浆支护使用的喷浆料严格配比, 配合比为水泥∶河沙∶石子=1∶2∶2.5, 掺入3%～5%的速凝剂, 并搅拌均匀, 喷浆厚不小于100 mm, 局部不小于90 mm, 喷浆前对巷道进行整型, 冲洗巷壁。喷浆后洒水养护并打好检查孔, 确保孔深不低于150 mm, 且巷道表面平整密实, 墙基无裸露。严格按质量标准施工, 井巷工程优良品率达到了省部级标准。采用锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护技术, 使七矿的开拓掘进水平迈上了一个新台阶。
(3) 联合支护技术在丁戊六轨道上山上车场、绞车房及回风道、己四轨道等巷道中的推广应用。巷道支护每排13～15根锚杆, 顶板每排7～9根, 两帮每排各2～3根锚杆, 并配用锚固剂。顶锚每个锚杆孔用4卷药卷, 帮锚每个锚杆孔用3卷药卷, 锚固剂锚固强度不小于60 kN, 每30 m对施工锚杆做1组拉力试验, 每组5根, 锚固力不小于120 kN/根, 锚杆间排距为700 mm±50 mm, 锚杆外露30～50 mm, 锚盘紧贴岩面或煤壁, 顶板和两帮每排铺挂2片3 000 mm×1 000 mm或2 400 mm×900 mm的金属网。顶板加打2～3根锚索, 锚索基本垂直于岩面, 每个锚索孔用5卷锚固力药卷, 并搅拌均匀, 锚索打完后必须及时张拉, 锚索张拉预应力不小于200 kN, 锚索盘紧贴岩面, 锚索端部必须加设铁丝而且受力均匀。喷浆时按配合比例搅拌均匀, 配合比为水泥∶沙子∶石子=1∶2∶2.5, 金属网铺平齐、速凝剂掺入、喷浆工艺技术要求与以上相同。
2 联合支护应用的优越性
随着井巷往深部延伸, 多数巷道承受压力明显增大, 雨季顶底板涌水量增大, 地温升高, 瓦斯涌出量大, 使井巷支护存在很多安全隐患。丁戊六采区胶带运输巷、轨道下山、己四采区通风下山、轨道下山等巷道, 投入使用15 a来, 巷道下沉、帮顶脱皮离层、底板鼓起, 两帮挤压变形, 巷道断面缩小, 顶板淋水, 锚网、喷浆层脱落等现象相当严重, 不仅影响了运输、行人, 还影响矿井的通风, 给矿井的安全生产带来严重影响。为此, 七矿及时制订整修方案, 对失修严重的巷道进行二次支护, 投入大量的人力、物力、时间, 对主要运输、通风巷道变形严重地段进行扩修、翻修, 但重新架设29U或36U可缩金属支架, 不仅费力、耗时、耗材, 也有很多安全隐患。
通过分析锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护在二水平施工中存在的安全问题, 结合丁戊六轨道延深技术改造的实际情况, 技术人员根据地测部门提供的巷道地质结构图、顶底板特性、地温梯度、水文构造、巷道瓦斯含量、巷道服务年限、巷道布置及受邻近矿压影响情况等资料, 进行深入研究, 开展科技攻关。对使用的Ø20 mm×2 000 mm锚杆、Ø15.24 mm×5 500 mm锚索、喷浆支护和Ø22 mm×2 200 mm锚杆、Ø17.8 mm×6 500 mm锚索支护、喷浆支护与29U型钢梁加4～5节大拱形金属支架等几种支护的性能、强度、成本等各项技术参数进行对比, 选择最优支护的锚杆规格为Ø22 mm×2 200 mm、锚索规格为Ø17.8 mm×6 500 mm, 用新型树脂锚固剂和喷射混凝土支护材料进行联合支护。该支护方式易施工, 性能好, 材质好, 强度高, 可以减少二次投入, 为平煤七矿丁戊六轨道延深改造的开拓掘进巷道快速高效施工提供了安全保证。
3 在大埋深巷道中的使用效果
通过反复进行拉力及预应力试验, 平煤股份七矿确定在丁戊六、己四轨道延深改造井巷工程中使用Ø22 mm×2 200 mm等强树脂锚杆, Ø17.8 mm×6 500 mm锚索、新型树脂药卷, 规格为2 400 mm×900 mm和3 000 mm×1 000 mm的2种金属网进行联合支护。其中, 锚杆托盘为厚8 mm的碟形钢托盘, 锚索托盘使用15 mm×60 mm×270 mm长方形钢板, 托盘与锚杆、锚索配套使用, 用P.O42.5R硅酸盐水泥、粒径5～10 mm的青石子等材料进行喷浆支护。经过一段时间观察, 巷道顶板和两帮位移速度≤1 mm/d, 满足了丁戊六轨道延深进行技术改造的需要。
在丁戊六轨道技术改造井巷工程中使用高强度、高性能、材质好、经久耐用的锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护技术, 近5个月开拓掘进施工井巷工程570 m。使用这样先进的联合支护技术, 提高了对开拓掘进巷道工程的支护强度, 达到了安全高效的支护效果。由于在施工过程中严格按高标准要求施工, 进行科学管理, 施工的570 m巷道按高标准验收全部合格, 超过计划进尺130 m, 节约资金100余万元, 保证了安全快速施工, 取得了良好的经济效益, 为七矿的安全发展和“五优”矿井建设打下了坚实的基础。
4 结语
经过不懈努力、不断探索, 锚杆、锚索支护不但在开拓掘进井巷工程中得到很好的应用, 且推广应用到大断面、深埋深开采巷道和回采工作面, 在安全生产中发挥了很大作用。新回采工作面搬家、开采, 老综采面收尾回收时的顶板和煤壁支护均采用锚杆、锚索、金属网联合支护代替原Ø180 mm×3 500 mm圆木打木柱, 200 mm×200 mm×1 500 mm方木打木垛、4～6 m长的11#工字钢金属支架支护切眼帮顶支护。通过在综采工作面推广使用联合支护技术, 大大减少了钢材和木料的投入, 每次回采, 工作面收尾搬家可节约资金25万元以上。减轻了工人的劳动强度, 也缩短了工期, 提前生产原煤3万t, 实现了快速顺利高产稳产, 减轻了回采工作面的压力, 同时消除了煤自燃隐患, 经济效益和社会效益明显。七矿自采用锚杆、锚索联合支护技术以来, 连续2 a实现了安全年无事故, 有力地促进了煤矿的安全健康发展。
摘要：平煤股份七矿二水平改扩建过程中施工的井巷工程, 大部分使用锚网喷支护技术, 随着采深的增加, 延深施工矿压渐渐增大, 深度开掘巷道的支护难度加大, 原有支护已不能满足施工要求, 必须采取新的支护形式。为此, 七矿引进了锚喷支护技术, 采用锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护对巷道进行加固。分析了联合支护技术应用条件, 严把施工关, 在大埋深巷道的施工实践中取得了良好效果, 促进了煤矿的安全生产。
锚索联合支护 篇7
1 我国岩巷施工中采取的支护技术现状
在长期的生产实践过程中, 技术人员采取了很多的支护方法进行岩巷施工的支护设计, 例如在岩巷的延展施工中采取架设U型钢棚或梯形棚支护与锚网喷支护技术相结合的技术方法。这种方法虽然在一定程度上加强了对岩巷的支护力度, 但同时也增加了成本, 且在压力增大的情况下, 并不能达到满意的支护效果, 支护结构的使用年限也不长。
近年来, 有些矿业开采技术人员利用锚索联合支护及锚网喷支护相结合的结构方法应用在岩巷施工工程中, 取得了良好的技术效果和经济效果。这种支护结构具有使用时间较长, 支护结构不变形的优良特点, 值得大力推广和应用。笔者结合自身工作经验, 通过对成功案例的深入分析, 研究了其具体的施工技术方法。
2 锚索支护
锚索是通过外端固定于坡面, 另一端锚固在滑动面以内的稳定岩体中穿过边坡滑动面的预应力钢绞线, 直接在滑面上产生抗滑阻力, 增大抗滑摩擦阻力, 使结构面处于压紧状态, 以提高边坡岩体的整体性, 从而从根本上改善岩体的力学性能, 有效地控制岩体的位移, 促使其稳定, 达到整治顺层、滑坡及危岩、危石的目的。
锚索施工有钻孔、锚索制作、锚索安装、锚固段注浆、立锚墩、张拉、封孔注浆、外部保护等几道主要工序, 其中钻孔是锚索施工中控制工期的关键工序。为确保钻孔效率和保证钻孔质量, 一般采用潜孔冲击式钻机。锚索在钻孔的同时于现场进行编制, 内锚固段采用波纹形状, 张拉段采用直线形状。钢纹线下料长度为锚索设计长度、锚头高度、千斤顶长度、工具锚和工作锚的厚度以及张拉操作余量的总和。
3 锚索联合支护和锚网喷支护的应用
岩层中的原始压力在巷道掘进后受到破坏, 有一个重新分布的过程。深部岩层应力重新分布, 平衡的过程较长, 应力呈现的烈度明显增大。受其影响, 深部岩层巷道遭受破坏的程度亦明显加大, 传统的锚网喷支护方式对高压岩巷巷道来讲, 支护结构上不合理、支护强度也不够。使巷道达不到予期的服务年限。为此, 对巷道锚喷支护工艺进行改革是很有必要的。
首先, 在掘进巷道方面, 进行画眼开钻, 定向予裂爆破技术对巷道进行光面爆破, 提高爆破质量, 周边眼装药采用聚能管装药, 使聚能管切缝方向与巷道轮廓线方向一致, 这样在炸药爆炸时使大部分能量集中向巷道轮廓线方向释放, 而对轮廓线以外的围岩破坏很少, 从而最大限度地保持巷道围岩的自身强度, 增强围岩的自承能力。
其次, 确立合理的支护结构。岩层受到掘进破坏其稳定性质, 最先影响其变化的, 是风化离层, 因此, 无论何种岩层, 掘进后, 首先对其进行喷碹支护, 厚度要根据具体情况决定, 一般为0.01m~0.05m。要保证其初掘时的围岩稳定性, 接着进行锚杆, 挂网支护, 使围岩在不松动时得到加固。保证其整体的稳定性, 这些工作应在正规循环作业中完成, 否则对于层节理较发育的岩层, 很难保证其初期的稳定性。
随后, 对其再次进行喷碹支护作业, 这次的厚度应视围岩破碎状态而定, 一般在0.05m~0.2m之间。这样的重复施工方式可以加大支护结构的抗压能力, 即在巷道开掘后, 进行初喷碹支护, 使围岩在开掘影响期有一定应释的压力但不至造成围岩及支护体有重大变形破坏的前提下, 适时再复喷一次, 避免造成喷体开裂离层, 脱落, 确保岩层截面成形规整, 大大的消除了应力的集中, 使支护结构更为安全可靠。
最后, 在避开掘进影响期, 围岩趋于稳定后, 再进行锚索支护, 使锚网喷支护实体在锚索的深部锚固力作用下形成一个超强的压力拱, 使巷道的承载能力大大得到提高。
4 支护的主要参数的确定
4.1 按照锚网喷组合拱支护原理, 可以根据下面经验公式确定锚杆的参数:
其中:B是指巷道净宽;N是指围岩稳定性影响参数, 一般取1.1。这样, 根据巷道的宽度即可确定锚杆的长。
4.2 锚杆与锚索间距的确定
Dl<0.5L, D2<0.5B, 其中Dl为锚杆间距, D2为锚索间距。
5 锚索联合支护和锚网喷支护应用的意义
采用锚索、锚网联合支护技术, 可在较短时间内达到及时支护的目的, 解决了矿业开采挖掘矿道时在大跨度巷道、交叉点、断层及破碎带、高应力区的支护难题, 与金属支架相比具有成本低, 维修工程量小, 劳动强度低, 支护快捷方便, 可靠性高等优点。因此锚索、锚网联合支护是一种基本可以取代金属支架且支护效果好于铁棚支护的新型支护, 在实际工作中具有广泛的推广价值。
从目前我国大部分矿业开采的施工巷道情况看, 使用锚网喷支护的巷道矿压显现明显, 底鼓严重, 侧压力大, 有的巷道变形后, 虽经发碹支护和架设U型钿棚支护, 仍然难以维持生产。而采用锚索联合支护和锚网喷的巷道则变形小, 支护效果非常好, 由于采取支护方式合理施工质量高, 因此所施工的巷道非常稳定, 巷道使用多年没有变形、损坏, 这样, 即节省了U型及梯形钢棚定型支架, 又避免了巷道变形后的恢复工作, 节省了大量的人力、物力。另外, 采用这种支护结构施工方便, 速度快, 总之, 采用锚索联合支护及锚网喷支护结构, 在技术上有很大发展空间, 并且较为经济合理, 对于巷道施工的发展有着重要的意义。
6 结论
由于在岩巷施工中具有很大的危险性, 因此做好支护防护工作对于施工人员和工程进度来讲都具有很大的现实作用。在长期的矿业开采中, 因矿道坍塌而引起的矿难事故给社会带来了很大不良影响和经济损失, 因此, 加强安全支护工作管理, 完善支护技术发展, 是目前矿业开采施工中的重要工作内容。锚索联合支护和锚网喷支护的应用很好的解决了因岩层压力大而使支护结构在使用一段时间后就产生变形这一技术难题, 并且这种施工方法成本较低, 具有很好的经济效益。
摘要：随着社会需求的不断增大, 我国的煤矿事业也在新的科技带领下得到了很好的发展。在开挖煤矿时, 为了工程的顺利进行和施工人员的人身安全, 需要建立支护体系, 以防止隧道洞内出现坍塌现象。同样有建立支护体系需求的工程还有铁道隧道工程、公路隧道工程、水利水电隧洞工程、岩土工程、地下工程等需要在山体或岩层中间进行挖掘的岩巷工程。近年来, 在锚索联合支护技术以及锚网喷支护技术在岩巷工程施工中得到广泛应用。现本文就针对这两种施工技术的相关应用作以阐述。
锚索联合支护 篇8
高产高效矿井建设,对巷道掘进速度要求越来越高,巷道安全、高效的掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件。实现巷道快速高效掘进与支护的关键途径是多掘煤巷少掘岩巷,采用综掘施工及锚杆锚索支护技术。实践表明,锚杆(索)支护是煤层巷道实现快速支护的经济、有效的形式[1,2]。
近年来,随着对预应力在巷道支护系统中重要作用认识的逐步加深,预应力锚杆(索)支护技术在巷道快速掘进中得到大面积推广应用[3,4,5,6,7],同时对锚杆(索)支护预应力场也展开了大量研究[8,9,10,11,12,13,14]。但是目前的研究侧重于分析锚杆或锚索预应力场分布特征,很少对锚杆锚索联合支护时各自施加预紧力大小的协调性问题进行探究,尤其是强力锚杆、锚索。锚杆、锚索的预紧力不协调,会降低巷道支护系统的合理性,甚至可能导致部分支护构件失效,引起围岩变形。因此,基于煤巷掘进和支护的现状,研究锚杆锚索与围岩之间的相互作用机理,实现锚杆和锚索二者预紧力的匹配,确定合理的支护参数和施工工艺,对于提高煤巷成巷速度、实现矿井快速高效掘进与支护至关重要。
1 工程概况
工程位于山西潞安环能股份公司漳村煤矿西下山回风巷,其平面布置如图1所示。西下山回风巷位于23采区大巷西侧,与西下山进风巷平行布置,南距西下山进风巷15 m(中—中)。西下山回风巷北侧为西下山材料巷和西下山胶带巷,南侧为西下山进风巷,东面为23材料巷和23胶带巷。巷道埋深约350 m,长度约1 870 m。
西下山回风巷掘进层位位于3号煤层,煤层平均厚度为6.2 m。煤层之上为直接顶,岩性为泥岩,平均厚度5.28 m,黑色、质均、含植物化石、断口不平,平均强度45.32 MPa。泥岩之上为5.2 m厚的细粒砂岩基本顶,灰白色,主要成分为长石,石英,含白云母,具有水平层理,缓波状层理,层面为黑色,平均强度123.43 MPa。煤层之下为直接底,岩性为泥岩,厚度2.8 m,黑色,断口菱角状,含植物化石,见云母;直接底之下为基本底,岩性为细粒砂岩,厚度为8.93 m,黑色,以石英为主,含有云母及暗色矿物、分选性中等,性脆、钙质胶结。
地应力测试结果显示,西下山回风巷区域内最大水平主应力σH=8.87 MPa,最小水平主应力σk=4.48 MPa,垂直主应力σv=7.58 MPa,最大水平主应力方向为N53.2°W。最大水平主应力大于垂直主应力,说明该区域以构造应力场为主。
2 预应力锚杆—锚索联合支护应力场模拟
随着计算机技术的发展,数值模拟已成为解决采矿问题的有力手段,FLAC3D有限差分数值模拟软件[15]就是其中的一种。以漳村煤矿西下山回风巷为模拟对象,采用FLAC3D探讨煤层巷道沿顶掘进,采用锚杆、锚索联合支护时二者预应力的协调关系。
2.1 建模
根据西下山回风巷的生产地质条件,建立长15.0 m、宽2.0 m、高18.0 m的数值模型(图2)。其中,巷道宽5.0 m,高3.5 m。模型数值计算选用摩尔—库仑准则,模型上部自由,下部固支,四周铰支。
模型采用cable单元模拟强力锚杆、锚索。锚杆长度2 400 mm、直径22 mm,屈服载荷190 k N,破断载荷250 k N,弹性模量220 GPa,采用树脂药卷加长锚固,锚固长度1 000 mm;锚索长度6 000 mm、直径22 mm,破断载荷600 k N,弹性模量180 GPa,锚固长度1 500 mm。顶板每排布置6根锚杆和2根锚索,锚杆间排距为0.9 m×1.0 m,锚索间排距均为2.0 m。巷道支护数值模型如图3所示。
2.2 模拟方案
为研究强力锚杆锚索联合支护时各自施加预紧力大小的协调性问题,提出分别计算锚杆与锚索在不同水平的预紧力组合下各自预应力场分布特征的模拟方案。首先将锚杆预紧力矩划分为0,350,450,550 N·m四个水平,其对应的预紧力分别为0,85,113,140 k N;将锚索预紧力划分为0,250,300,350 k N四个水平,然后两两组合,共划分10组模拟方案,详见表1。
2.3 模拟结果
2.3.1 预紧力的作用
分别模拟了巷道顶板在有无预应力作用下的应力场分布特征(图4)。从图4(a)可以看出,预紧力为0时,锚杆支护在顶板表面形成的压应力区范围小且孤立分布,不能连成整体,在近零应力区锚杆几乎达不到支护围岩的作用。图4(b)显示,在高预紧力(85 k N)下,锚杆支护形成的压应力区范围广,应力值大,能覆盖整个顶板范围,锚杆对顶板的主动支护作用得到充分发挥。
由此可见,预应力及预应力的扩散是锚杆、锚索对巷道发挥主动支护作用的关键性因素。根据巷道条件确定合理的预应力,并使预应力实现有效扩散是支护设计的关键。单根锚杆或锚索的作用范围有限,可以通过二者预紧力的合理匹配将预应力扩散到范围更大的围岩中。
2.3.2 锚杆锚索预紧力的匹配
锚杆、锚索不同预紧力作用下巷道顶板围岩应力场的模拟结果如图5—图7所示。
图5是85 k N预紧力锚杆与不同预紧力锚索组合下围岩应力场分布云图,从中可以看出:①强力锚杆、锚索联合支护能在二者之间的顶板岩层中形成骨架状的有效压应力区,85 k N预紧力锚杆与250k N预紧力锚索组合产成的压应力值平均在80 k Pa,但是锚杆端部仍存在拉应力区。②随着锚索预紧力的增加,顶板表面的最大压应力从280 k Pa增加到800 k Pa,并且锚杆端部的拉应力作用范围明显减小,当锚索预紧力达到350 k N时,锚杆端部的拉应力区几乎消失。
图6是250 k N预紧力锚索与不同预紧力锚杆组合下围岩应力场分布云图,与图5相比,应力场呈现以下特点:①锚杆锚索预紧力的施加在巷道围岩表面及内部形成了大小不等的压应力区,随着锚杆预紧力的增加,其所形成的压应力值和范围也在不断扩大(图7),但当锚杆预紧力达到113 k N后,再增加锚杆预紧力对压应力值和范围的增加效果不明显;②预紧力的施加在增加顶板表面压应力的同时,使得锚杆、锚索的端部也出现了大小不等的拉应力区,且预紧力越大,拉应力的数值和范围越大,140k N预紧力锚杆与250 k N预紧力锚索组合产生的最大拉应力值达到50 k Pa;③锚杆锚索端部拉应力区的出现,在一定程度上破坏了顶板压应力场的连续性,锚杆端部的拉应力可以通过增加锚索的预紧力来进行消减,锚杆的预紧力越大,相应的需要锚索的预紧力越大,才能保证锚杆、锚索联合支护结构中压应力区的连续性。锚杆预紧力为140 k N时,锚索预紧力为250 k N还不足以平衡锚杆端部的拉应力区,达到300 k N时才能有效平衡拉应力区。
综上,强力锚杆预紧力不低于85 k N(预紧力矩不低于350 N·m),且强力锚索预紧力不低于250 k N时,二者组合支护在顶板所形成的压应力区的连续性才具有支护意义,但是当锚杆预紧力大于140 k N(预紧力矩大于550 N·m)或锚索预紧力大于350k N后,再增加预紧力对压应力区的扩展效果不明显。因此,综合考虑支护效果和施工的难度及进度,建议进行强力锚杆锚索组合支护时,85~140 k N锚杆预紧力匹配250~350 k N锚索预紧力比较合理。
3 巷道支护方案
根据数值模拟结果选择西下山回风巷为试验对象,依据强力一次支护理论[1,16]进行高预应力强力锚杆锚索联合支护计算和设计。巷道顶板采用强力锚杆锚索配W钢护板支护。锚杆选用超高强热处理CRM500号钢,长度2 400 mm,间距950 mm,排距1 000 mm,锚杆预紧力矩应达到400 N·m且禁止超过550 N·m(锚杆预紧力113~140 k N),采用1支MSK2335树脂锚固剂和1支MSZ2360树脂锚固剂加长锚固,设计锚固力不低于190 k N;强力锚索选用1×19股、1 860 MPa高强度预应力钢绞线,直径22 mm,长度6 300 mm,间距1 600 mm,排距2 000mm,锚索张拉预紧力不低于300 k N,采用1支MSK2335树脂锚固剂和2支MSZ2360树脂锚固剂加长锚固;护表构件采用厚4 mm、宽280 mm、长450mm的W钢护板。巷道两帮采用强力锚杆配W钢护板支护。锚杆规格和间排距同顶板,采用1支MSZ2360树脂锚固剂锚固。具体支护如图8所示。
4 支护效果
在西下山回风巷采用上述支护方案施工200 m后,为评价支护效果,对巷道掘进期间顶板离层、表面位移和锚杆锚索受力进行监测,结果分别如图9—图12所示。
(1)顶板离层。试验巷道顶板离层监测结果(图9)显示,西下山回风巷掘进30 m后,顶板离层趋于稳定。浅部、深部最终离层值分别为4.4,3.0mm,总离层值为7.4 mm,表明113 k N预紧力锚杆匹配300 k N预紧力锚索的组合支护对约束顶板离层具有明显效果。
(2)表面位移。试验巷道表面位移监测结果(图10)显示,西下山回风巷掘进50 m后,表面位移趋于稳定,顶底板移近量最终为62 mm,两帮收缩量最终为57 mm,表明强力锚杆锚索支护系统很好地控制住了围岩变形,巷道顶底板和两帮能长期保持稳定。
(3)锚杆锚索受力。从锚杆锚索受力监测结果(图11、图12)可以看出,在施加400 N·m初始预紧扭矩及300 k N初始预紧力后,锚杆锚索的实际预紧力均有不同程度的损失,但受力基本稳定,没有出现大的波动,二者最大受力值分别为123,261 k N,低于杆体破断载荷,说明锚杆锚索支护设计合理,能够及时抑制顶板离层和破碎现象的产生。
5 结论
(1)预应力及其扩散是锚杆锚索发挥主动支护作用的关键因素,根据巷道条件确定二者预应力的合理匹配,并使预应力实现有效扩散是支护设计的关键。
(2)强力锚杆锚索组合支护巷道的作用机理是杆体、索体强度大,能施加较高预应力,在顶板围岩中形成连续有效的压应力区,消除围岩开挖卸载造成的拉应力集中。随着预紧力的增加,顶板压应力区的量值和范围不断扩大,但当锚杆预紧力超到140 k N或锚索预紧力超过350 k N后,再提高预紧力对压应力量值和范围的增加效果不明显。
(3)预紧力的施加在顶板表面形成压应力区的同时,也使得锚杆锚索的端部出现大小不等的拉应力区,且预紧力越大,拉应力的数值和范围越大。锚杆端部的拉应力区可以通过增加锚索的预紧力来进行平衡,当锚索预紧力达到300 k N时,锚杆端部的拉应力区范围几乎消除。
(4)根据数值模拟结果并依据强力一次支护理论,综合考虑支护效果和施工的难度及进度,建议进行强力锚杆锚索组合支护时,85~140 k N锚杆预紧力匹配250~350 k N锚索预紧力比较合理。漳村煤矿西下山回风巷的试验结果验证了这点。
摘要：为了解决强力锚杆锚索联合支护时各自施加预紧力存在的匹配性问题,采用FLAC3D数值模拟软件,对山西潞安环能股份公司漳村煤矿西下山回风巷在不同锚杆(锚索)预紧力下的围岩应力场分布规律进行了模拟分析。结果表明:预应力及其扩散是锚杆锚索发挥主动支护作用的关键因素;预紧力的施加在顶板表面形成压应力区的同时,也使得锚杆锚索的端部出现大小不等的拉应力区;当强力锚杆预紧力不低于85 k N且强力锚索预紧力不低于250 k N时,二者组合支护在顶板所形成的压应力区的连续性才具有支护作用,但是当锚杆预紧力大于140 k N或锚索预紧力大于350k N后,再增加预紧力对压应力区的扩展效果不明显。根据数值模拟结果并综合考虑支护效果和施工工艺,建议进行强力锚杆锚索组合支护时,85~140 k N锚杆预紧力匹配250~350 k N锚索预紧力比较合理。
锚索联合支护 篇9
关键词：巷道顶板；全排锚索支护
一、工艺研究背景和意义
榆林陶家沟2号井开采4号煤层，平均厚13.5m，目前矿井开采深度已经达到500米，随着釆深增大，地应力释放也非常剧烈，在巷道掘进过程中出现较为严重的片帮、炸顶现象，地应力释放十分严重，在常规的锚网支护情况下，往往在地应力释放之后，巷道顶板出现大幅度下沉，为确保安全，不得已在后期采用联合支护的方式进行顶板二次加固，费时、费力还增加了巷道的支护成本，并且给工作面回采期间工作面巷道支护造成极大的麻烦。因此合理的巷道支护方式是榆林陶家沟2号井亟待解决的一项重要问题。
二、矿井目前巷道支护情况
榆林陶家沟2号井现有的回采巷道支护方式主要是沿用过去巷道支护模式，顶锚杆为f20*2400mm的螺纹钢钢锚杆，帮锚杆为f20*1800mm的圆钢锚杆，锚杆排距为0.8米，并且在打设锚杆的同时，补充锚索支护，锚索排距为3米，每排两根锚索，间距为1.5米，锚索规格为f18.9*6300mm的钢绞线。在这种支护情况下，根据现场观察，巷道在进行以上锚网索支护后，出现以下主要问题：支护系统的刚度和强度低，出现了锚杆及钢筋托梁等被拉断、间断、撕裂等现象；地应力释放严重，矿压显现剧烈，巷道变形量大，巷道顶板在支护24小时内离层下沉量大，局部区域还出现顶板切顶现象，同时在掘进进尺过程中巷道片帮炸顶现象严重，前方预掘煤体在应力释放严重的情况下需要体现打设大量的托锚才能勉强控制住顶板程中，威胁安全生产。为确保安全，又采用二次套棚支护，费工费时，工人的劳动强度大，增大了巷道的支护费用，但支护效果并不是十分明显，巷道仍不能满足生产要求。
三、工艺的研究与探讨
要想提高巷道掘进率，保证巷道顶板稳定，就必须对现有的巷道支护形式进行改进，我矿拟采用顶板全排高强度大延伸率锚索支护技术来解决复杂困难条件下的巷道支护问题。其特有的支护材料强度高、预紧力大的优点，来控制复杂困难、强矿压显现巷道的大变形问题。
四、高强度支护理论及施工方案
我矿5243下顺槽巷道开掘以后，地应力释放非常剧烈，采用高强度锚杆支护按照设计的间排距施工，已不能满足生产需求，工作面围岩变化非常大，巷道成型极差，巷道顶板弯曲变形下沉30～40cm，巷道浅部离层较大，两帮收敛严重，加之巷道底鼓，频繁应付工作面的维护工作，工人的劳动强度非常大，以至于不能进行正常掘进施工。鉴于以上严重问题，我矿领导班子成员与相关科室进行研究讨论，在工作面实验高强度全排锚索一次性支护，维护工作面巷道顶板。高预应力强力一次支护理论的实质是，大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度，有效控制围岩变形，保持围岩的完整性，减小煤岩体强度的降低。
按照高强度锚索支护理论，在现场进行试验，将原有巷道顶板采用Φ20mm*2.4m螺纹钢锚杆改为Φ18.9mm*5.3m全排锚索支护，排距1米，间距0.75米，锚索预紧力250KN，帮锚杆采用Φ20mm*1.8圆钢锚杆支护围岩，通过观测，巷道围岩控制不理想，随后采用Φ21.8mm*5.3m高强度高延伸率全排锚索支护，排距1米，间距0.75米，锚索预紧力由250KN加大到300KN；帮锚杆由原有的Φ20mm*1.8m圆钢锚杆改为Φ20mm*2.2m圆钢锚杆，预紧力由150 Nm加大到200 Nm；锚网梁由原有的Φ6 mm钢筋增加为Φ12 mm钢筋 。
五、工艺效果验证
在今年5月采用高强度全排锚索支护以来，首先采用Φ18.9mm*5.3m的锚索支护巷道顶板，没有达到理想的效果，后来采用Φ21.8mm*5.3m的锚索支护巷道顶板，巷道整体成型较好，在巷道施工过程中，通过巷道安装的顶板离层仪及顶板位移量监测数据表面，巷道在支护后顶板离层下沉量在24小时内由原来的200mm减少到30mm到50mm，巷道趋于稳定，在局部构造带下沉量超过100mm的地段，增设了单体支柱。在没有使用高强度高延深率锚索之前，月最高进尺86.4米，试验使用后，掘进进度每月遞增，最高月进尺达到255米，保证巷道的正常掘进，缓解了矿井接续紧张的被动局面。目前巷道已经全部施工完毕，其中前500米采用原有的巷道支护方式，在进行锚网支护后由于顶板离层量大，全部在后期进行了二次联合支护，而后700米采用高强度全排锚索支护后，基本没有进行二次联合支护；该工艺在现场应用取得了成功。
六、经济效益分析
巷道围岩完整、稳定，没有出现明显的破坏，支护效果良好，不需要维修，更不需要进行架设工钢棚等补强措施。为矿井的顶板安全管理提供了保障。采用高强度锚索支护技术，虽单价比螺纹钢锚杆及普通锚杆高，但是减少了巷道二次联合支护的费用，同时降低了工人的劳动强度，对于辅助运输等成本也相应地减小。就目前榆林陶家沟2号井现状，使用此工艺显著提高了掘进速度，有效控制围岩的变形，提高了巷道支护的可靠性，从而大大降低了片帮冒顶事故发生的可能性，也大大减小了掘进工作面炸顶、炸帮等矿压显现现象，改善工人作业环境的安全性，能缓解采掘衔接问题，有利于矿井实现高产高效。
参考文献：
[1] 邢福康.煤矿支护手册[M].北京：煤炭工业出版社，1993
锚索联合支护 篇10
关键词：锚杆,锚索,金属网,组合
新建煤矿位于七台河矿区西部, 行政区划属七台河市新兴区, 矿址东北距七台河火车站约2.5公里, 东南距七台河分公司约15公里。矿井开拓方式为斜、立井多水平开拓。一水平标高为-100m, 已经回采完毕;二水平标高为-250m, 设计为上下山开采, 现所有采区上山部分均已回采完毕, 全部进入下山开采。终止标高为-800米。新建煤矿设计能力为120万吨, 核定能力为190万吨/年。
现开采煤层有85、87、90、91、92、93、94、95、96、98共计10层, 其中85、87、90、92、93、94、96、98为主力煤层。
煤层为缓倾斜薄及中厚煤层 (以薄煤层为主) , 倾角变化于2~36°之间, 可采厚度变化于0.6~1.3m之间。
1 新建煤矿二水平一采前石门特点
新建煤矿始建于1958年, 1986年开始下延二水平, 二水平主要大巷布置为主要石门分区大巷 (或分区石门) 的方式, 二水平主要大巷有主石门 (设有区域性配少风巷) , 东主运巷 (设有区域性配风巷) , 沿96.98底板穿层布置;西主运巷沿96底板布置;原二采石门, 原四采石门、一采主运巷, 沿87层及87层底板布置;上二采主运巷 (东、西) , 沿91层底板布置;上三采主运巷, 沿93底板布置, 四采主运巷沿96层底板布置。
2 巷道特点与顶板支护方式
新建煤矿运输方式采用架线机车运输, 因此就决定了巷道宽度必须在5米, 高度必须在4米以上, 由于过去的支护方式较简单, 支护材料性能较差, 二水平主运巷道在使用过程中经常出现局部冒落及片帮事故, 因此, 新建煤矿采用了锚杆、金属网、锚索、喷浆组合支护进行二次支护。
2.1 一次支护
在巷道初掘时采用的支护方式均为一米一排、每排五根锚杆进行支护, 顶板破碎处采用刹木房子进行接顶维护。
锚杆:选用φ18mm×1600mm倒楔锚杆
木方:选用道木及排楔
2.2 二次支护
在巷道使用时, 因上部围岩性质及周边采动影响, 巷道极易出现片帮现象甚至冒落, 在没有出现事故之前新建煤矿就对运输巷道进行第二次维护。
2.2.1 顶板维护
锚索:选用φ18.5mm×6500mm钢绞线, 锁具、药卷均为配套使用。
锚杆:选用φ18mm×1600mm树脂锚杆, 小托盘、药卷为配套使用。
金属网:选用1.0m×10m钢性金属网。
钢带:选用2.4m×0.15m×0.004m矿用自制钢带。
在对巷道顶板进行维护时采用“两带五锚”配合金属网形式维护, 即两肩为一根锚索, 顶板及两腮各一根锚杆, 金属网必须接顶, 锚杆、锚索必须刹紧。
2.2.2 帮壁维护
锚杆:选用φ18mm×1600mm树脂锚杆, 小托盘、药卷为配套使用。
钢带:选用1.4m×0.15m×0.004m矿用自制钢带。
在对巷道帮壁进行维护时采用“一带两锚”方式进行锁帮维护。
2.2.3 喷浆维护
在巷道维护全部形成后, 对其进行喷浆支护, 喷浆厚度5mm, 喷浆强度1.5mpa。
水泥:选用425标号牡丹江牌水泥。
河沙:选用优质干燥中沙。
速凝剂:选用细度80μm孔筛, 筛余物小于10%。
3 支护效果
通过锚杆、金属网、锚索、喷浆组合支护在巷道维护中的使用, 使锚杆、锚索的加固拱作用、悬吊作用、组合梁作用, 钢带、金属网的减小跨度作用, 喷浆支护的围岩补强作用都得到了充分的发挥, 使顶板及帮壁形成了一个整体, 在通过挂金属网, 避免了掉渣伤人事故的发生, 通过使用“一带两锚”方式进行护帮, 避免了片帮伤人及砸断电缆的事故, 解决了巷道运输和维护间的矛盾。新建煤矿采用锚杆、金属网、锚索、喷浆组合支护技术, 有效的杜绝了运输大巷的顶板及帮壁事故的发生, 保证了煤矿的安全生产。
巷道断面支护示意图:
参考文献
[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1999.
[2]李景霞, 张立新.地质实践教程[M].哈尔滨:哈尔滨地图出版社, 2010.