困難複雜條件下的煤巷錨杆支護

前 言 錨杆具有主動支護、有效強化圍岩強度和保持圍岩穩定、施工簡單、成本較低、 安全可靠、改善作業環境等優點，現已成為世界各國巷道支護的一種主要形式。煤巷支護與岩巷、其它地下工程支護相比，有以下特殊性和困難： 圍岩鬆軟，兩幫煤的單軸抗壓強度很低；采深大、構造複雜、受強烈采動影響，地應力很高；圍岩變形強烈，一般為岩巷的幾倍至幾十倍； 巷道服務時間短，支護結構造價必須低廉。因此，煤巷錨杆支護是一種不同於岩巷及其它地下工程的特殊支護，它不采用錨噴網，一般為錨網、錨梁或錨梁網組合支護。 我國煤巷采用原煤炭工業部頒布的《緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍岩穩定性分類方案》，將回采巷道圍岩穩定性分為非常穩定（ 類）、穩定（ 類）、中等穩定（ 類）、不穩定（ 類）及極不穩定（ 類）類。每年新掘巷道總長度中的煤巷，年錨杆支護所占比重僅，而且主要使用在類巷道中。 研究和發展困難複雜的 ， 類巷道的煤巷錨杆支護既有重要的理論價值，又將對迅速提高錨杆支護在煤巷支護中所占的比重起重要作用。 困難複雜條件下的 ， 類巷道圍岩一般比較鬆軟破碎、地應力大、受采動影響強烈，因而巷道變形速度快，變形量很大，維護困難。近年來，我們對這類煤巷錨杆支護進行了大量的研究工作，在理論和技術上都有了新的突破，並在全國推廣。巷道類型有： 軟岩巷道； 窄煤柱沿空掘巷； 深井巷道； 受采動強烈影響巷道； 圍岩破碎巷道； 強烈底鼓巷道。支護的基本準則和方法高強度、超高強度全長樹脂錨固錨杆支護係統的應用 端錨普通錨杆錨固力小，約束圍岩變形能力差，因而頂板離層、位移量大，甚至發生冒頂 02manbetx.com 。理論和實踐均證明，高強度、超高強度全長樹脂錨固錨杆支護係統維護頂板是行之有效的 。它包含以下內容：（!）改變了我國長期使用錨固力僅有幾十千牛的低強度 圓鋼錨杆的落後狀態，成功地應用了建築螺紋鋼和左旋螺紋鋼為材料的高強、超高強錨杆。對錨杆尾端螺紋部分熱處理的高強錨杆，極限載荷；對整根錨杆強化熱處理的超高強錨杆，極限載荷。 錨杆延伸率均在 !&D以上。此外，錨杆螺母由錨杆鑽機擰緊，初錨力可達，用掘錨機的液壓鑽機擰緊時可達，有效地控製圍岩早期離層。根據巷道圍岩強度強化理論觀點，錨杆錨固力越高，錨固體極限強度強化係數和殘餘強度強化係數越大，錨固體的力學性能越能得到更好地改善，能夠更好地控製圍岩變形。（!）一般采用全長樹脂錨固。由於錨杆支護係統剛度增大，頂板變形量顯著減小，同等條件下全長錨固時圍岩變形量僅為端頭錨固時的 。同時全長錨固錨杆受力後中部軸力最大，兩端最小，因而有利於保持頂板的完整性。如果頂板條件較好，也可以采用加長錨固，錨固長度一般為%左右。（&）為了使錨杆形成整體，保持頂板的完整，防止局部圍岩冒落，常采用 ’ 鋼帶或鋼筋梯、金屬網或塑料網，與錨杆配套使用，形成完善的支護係統。 加長錨固可伸長增強錨杆的應用由於煤幫最為鬆軟，兩幫變形量大於頂板下沉量，特別是窄煤柱護巷時更為顯著。因此，錨杆應具有一定的伸長量，采用杆體可伸長增強錨杆是必要的。材料可用，直徑選+ %%、, %%，也可用螺紋鋼。杆體可伸長增強錨杆是普通錨杆尾部螺紋部分強化熱處理而成，使尾部螺紋部分的強度大於杆體強度，這樣既使得杆體的延伸性能得到充分發揮，又提高了錨杆的整體強度。用製成的杆體可伸長增強錨杆和同材料同直徑的普通錨杆比較，極限載荷從 ++(+ 23提高到了，延伸量從提高到。為保證幫錨杆具有一定的錨固力，錨固長度 % 左右。為控製片幫，可使用鋼筋梯、網等。!( 加固巷道幫、角控製底鼓對加固巷道幫、角控製底鼓進行了研究。巷道底鼓是這類巷道礦壓顯現的一個重要特征。嚴重時底鼓量占到頂底板移近量的6%以上，對運輸、行人造成很大的困難，巷道斷麵的急劇縮小嚴重影響礦井通風和生產 安全。 為了控製巷道底鼓，國內外進行了大量的研究工作。主要 技術 措施有：封閉型金屬支架、不同形式的反拱、底板錨杆、底板注漿加固、底板卸壓等。 發生底鼓的一個重要原因是在支承壓力作用下，圍岩發生不均勻的整體下沉，煤幫下沉引起巷道底鼓。 巷道角部由於應力集中造成破壞，因而以幫、角的塑性區、破碎區為最大。圖是相似材料模擬試驗結果。 由於煤巷兩幫的下沉，使得巷道底板承受較大的水平擠壓力而引起底鼓。兩幫下沉量與底鼓量近似線性關係。圖!為黃塘嶺礦煤巷兩幫下沉與底鼓關係的有限元計算結果。 為了防治底鼓，開掘巷道後應盡早加固圍岩軟弱的幫和角（主要是底角），作用是：減弱巷道角部應力集中程度並在兩幫和底角盡快強化圍岩的強度，控製塑性區、破碎區的發展，防止和減少因底板圍岩塑性變形、粘塑性流動和破裂圍岩體積膨脹造成的底鼓。（!）加固幫、角可提高巷道兩幫圍岩的自承能力，減少兩幫下沉量，從而減少底鼓量。加固方法可在兩幫和底角打錨杆，也可以進行圍岩注漿加固。當使用錨杆支護不能保證圍岩穩定，常采用與不同形式的金屬支架聯合支護。錨索加強與注漿加固圍岩大斷麵、地質破壞地段、直接頂軟弱且較厚、高地應力、綜放沿空巷道等處可用預應力小孔徑錨索加強。當圍岩鬆軟破碎，可進行注漿加固。 預應力小孔徑錨索加強小孔徑預應力錨索是適用於煤巷的一種施工簡單、 安全可靠的支護技術。采用普通錨杆鑽機打眼，孔徑 28mm，孔深7-10m，15.24mm單根鋼絞線樹脂藥卷加長錨固，承載能力可達25KN。該技術施工設備及工藝簡單，縮短了錨固體養護和施工時間，實現錨索快速承載，價格低廉，是煤巷推廣錨杆支護的一項重要保證 措施。和一般錨索支護相比，小孔徑預應力錨索有以下特點：施工設備簡單，用錨杆鑽機打孔，不需地質鑽機； 孔徑28mm，鑽孔及安裝簡單方便，速度快；用樹脂藥卷錨固，可以迅速凝結、張拉而承載； 價格低廉，每套錨索100-200元，便於在煤巷普遍推廣使用。!( 巷道圍岩注漿加固為了改善破碎、軟弱圍岩巷道錨杆支護錨固力偏低的狀況和提高圍岩的強度，可對巷道圍岩進行注漿加固。即利用漿液充填圍岩內的裂隙，將破碎的岩體固結起來。當圍岩特別破碎，裂隙十分發育，巷道隨掘隨冒時可采取超前注漿，一般條件采取滯後注漿。注漿加固材料的選擇目前使用的注漿材料有化學漿液和水泥漿液兩大類。化學漿液的優點是滲透性好，膠凝時間可調，主要缺點是成本高、某些化學漿液汙染環境，其一般隻在需快速固化的重點工程中使用。水泥漿液可分為三類：一類是普通單液水泥漿，優點是材料來源廣、價格低、結石體強度高，缺點是水灰比低、易沉澱淅水、結石率低、可注性差、凝結時間長且不易準確控製；二類是水泥)水玻璃雙液漿，優點是結石率較高、凝結時間短且可調，缺點是結石體強度較低，如控製不好結石體經過一段時間後易鬆散，對工藝要求也較高；三類是我們研製的 *+,高水速凝材料，這種新型注漿材料的優點是速凝可調、水灰比高、流動滲透性好、在高水灰比條件下1.5：1結石且不淅水、固結體強度顯著高於水泥固結體，見圖 .。當高水材料水灰比為即可初凝，其固結體的強度達 3(/ ’ %4 567，不淅水，%&&-結石，在有泥質、膨脹成分的圍岩中注漿，不會發生泥化及膨脹等現象，滲透性能好。高水速凝材料水灰比可在1.0：1-1.5：1之間。高水材料圍岩注漿加固參數選擇注漿加固主要參數有：注漿時間、注漿壓力、漿液擴散半徑、注漿孔的布置、注漿量等。7）注漿時間裂隙的發育程度是注漿難易的一個重要因素。隨著巷道圍岩變形的增加，圍岩內的裂隙和滲透性均增大，適當的滯後時間有利於漿液的滲透。通常注漿滯後時間應在圍岩變形速度減小，進入掘後穩定期時進行。8）注漿壓力注漿壓力主要取決於圍岩的滲透條件、漿液的流動力學性質及注漿滲透範圍等。在煤巷中注漿，圍岩很破碎時取&(/ 567的注漿壓力，較破碎時取1.0MPa左右，裂隙較小時取1.0-2.0MPa最高不超過 .3MPa。9）漿液擴散半徑及注漿孔的布置漿液擴散半徑是確定注漿孔布置及孔深的重要依據。影響擴散半徑大小的因素較多，主要取決於注漿壓力、圍岩力學性質、裂隙密度及開度、漿液的流動力學參數及初凝時間等。正式注漿前，先進行注漿試驗，實測其擴散半徑。注漿範圍一般為圍岩的裂隙發育區。深部圍岩裂隙不發育，漿液難以滲透，因而過深的注漿孔意義不大。煤巷圍岩注漿孔深度在 $左右。注漿孔的間排距主要由漿液的擴散半徑確定。兩孔的孔距應保證漿液滲透範圍有一定的交叉，可取 倍擴散半徑的 &(#倍。注漿孔排距一般在 $左右。軟岩巷道注漿重點應考慮幫、角。