錨杆支護理論與工程實踐主要內容
1 錨杆支護發展
2 錨杆支護理論
3 錨杆支護體係
4 錨杆支護巷道冒頂調查分析
5 設計方法
6 施工
7 監測
1995年時國內外狀況
國外
世界上最早使用錨杆並以錨杆作為唯一的煤礦頂板支護方式的國家。
美國最早開創性地使用錨杆可以追溯到本世紀30年代初,1943年開始有計劃有係統地使用錨杆。
1947年在原美國礦務局研究中心旨在減少頂板事故的努力下錨杆受到普遍歡迎。在不到2年的時間內,錨杆在采礦工業中得到普及。
60年代末發明樹脂錨固劑,錨杆使用的相當一部分比例都是以樹脂錨固劑全長膠結的形式。
在70年代末,美國首次將漲殼式錨頭與樹脂錨固劑聯合使用,使得錨杆具有很高的預拉力,錨杆的高預拉力可以達到杆體本身強度的50%~75%。
美國錨杆技術精髓- “兩高一大”
支護領域的專業化、產業化。
錨杆設計、製造、服務一體化。
錨杆等支護產品精細加工,而非材料消耗、廢品利用
支護手段多樣化、多係列,以適應各種不同的條件。
高新技術用於錨杆設計。
1952年大規模使用機械式端部錨固錨杆(楔縫式、倒楔式、漲殼式),錨固力變化大、支護剛度小、可靠性差。但最終證明英國較軟弱的煤係地層不適宜用機械式錨杆。
到60年代中期,英國逐漸開始不使用錨杆支護技術。
1987年,由於煤礦虧損,煤礦私有化。英國煤炭公司參觀澳大利亞煤礦,引進澳大利亞錨杆技術,在全行業重新推廣錨杆支護,煤礦開始盈利。
主要推廣全長樹脂錨固錨杆,強調錨杆強度要高。
其錨杆設計方法是將地質調研、設計、施工、監測、信息反饋等相互關聯、相互製約的各個部分作為一個係統工程進行考察,使它們形成一個有機的整體,形成了錨杆支護係統的設計方法。
自1932年發明U型鋼支架以來,主要采用U型鋼支架支護巷道,支護比重達到90%以上。
自80年代以來,由於采深加大,U型鋼支架支護費用高,巷道維護日益困難,開始使用錨杆支護。
80年代初期,錨杆支護在魯爾礦區試驗成功。
國外錨杆支護的發展現狀—成功經驗
采用高強度、超高強度材料製造錨杆,加工精細,將錨杆作為產品、實現了產業化、商品化,而不是簡單的支護材料,並形成適用於不同條件的係列化產品。
形成一整套比較科學的設計方法,以巷道圍岩地質力學評估及井下實測數據為基礎,強調最大水平應力在巷道布置與支護參數設計上的應用。
采用可靠的監測手段,大力推廣應用頂板光纖窺視儀、頂板離層指示儀、圍岩深部多點位移計、測力錨杆等監測儀器。
堅持科學管理,嚴格質量監測,形成了從理論到實踐的完善的錨杆支護技術體係。
有比較可靠的配套機具,采用掘錨一體化聯合掘進機或性能良好的單體錨杆鑽機,滿足施工要求,並能實現快速掘進。
國內支護發展
2個階段:以1995年引進澳大利亞錨杆支護技術為分界點。(之前機械錨固、鋼絲繩砂漿錨杆以及開發研製的快硬水泥錨杆;之後高強度樹脂錨固錨杆)
錨杆支護理論、錨杆支護設計方法、施工機具、小孔徑預應力錨索加強支護、錨杆孔徑、錨固劑及錨固方式、監測技術等均發生了變化。
美國、澳大利亞接近100%,英國80%,美國錨杆支護為巷道頂板的唯一支護方式。
我國1995年時約15.15%,目前約50%。
3.1 錨杆的結構類型
1)鋼筋或鋼絲繩砂漿錨杆
⑴鋼筋砂漿錨杆
⑵鋼絲繩砂漿錨杆
鋼筋或鋼絲繩砂漿錨杆
是全長錨固型錨杆。設計
錨固為為30~50KN。
2)全屬倒楔式錨杆
由杆體、固定楔、活動倒楔、墊板和螺帽組成,屬端頭錨固型,安裝後可立即承載,可回收。錨固力達40kN左右。常用於圍岩比較破碎,需要立即承載的地下工程。
3) 楔縫式錨杆
4) 脹殼式錨杆
脹殼式錨杆:靠錐形螺帽前移迫使脹殼向左右張開、楔嵌入孔壁。錨杆結構較複雜,對圍岩能及時支護。錨固力一般為50~100kN。可回收。
5 )兩瓣漲圈式錨杆
6)樹脂錨杆
用樹脂為粘結劑,在固化劑和加速劑的作用下,將錨杆
的頭部粘結在錨杆孔內。端頭錨固型樹脂錨杆是由樹脂藥包
和杆體組成。
7 )注漿錨杆
8)快硬膨脹水泥錨杆
9)管縫式錨杆
管縫式錨杆是采用高強度鋼板卷壓成帶縱縫的管狀杆體外徑38.1㎜,用鑿岩機強行壓入比杆徑小2~3mm的錨孔,為安裝方便,打入端略呈錐形。由於管壁彈性恢複力擠壓孔壁而產生錨固力,屬全長錨固型錨杆。
對地層橫向錯動,有良好適應能力,鑽孔變彎曲,錨固得更牢。
10)可伸縮式錨杆
4 錨杆支護巷道冒頂調查分析(參考賈明魁博士學位論文)
4 錨杆支護巷道冒頂調查分析(參考賈明魁博士學位論文)
18個礦區調研結果
開灤、鐵法、大同、汾西、潞安、晉城、邢台、平頂山、鶴壁、鄭州、徐州、淮南、淮北、兗州、新汶、邯鄲、焦作、義馬等
(1)岩層組合劣化型
非穩定岩層變厚超過錨杆(索)長度
冒頂原因:直接頂板泥岩厚度由設計時的4.4m變為冒頂時的6.3m, 超過了設計的 錨索長度(5m)
共發生48起,占總事故數的29.63%。
(1)岩層組合劣化型
穩定岩層變薄
冒頂原因:9#與10#煤層間設計時粉砂岩厚7~9m變為冒落時的4.06m。錨索錨在了煤層中,錨固能力大大降低.冒落長40m,寬6m,高6.5m.
此類事故共發生19起,占總事故數的11.73%。
(1)岩層組合劣化型
頂板一定範圍內出現軟弱夾層
此類事故共發生32起,占總事故數的19.75%。
冒頂原因:直接頂板泥岩與基本頂砂岩間突然出現50mm厚的一層煤線。長9.4m,寬4.2m,高2.35m
(2)岩層結構缺陷型
頂板出現小斷層
此類事故共發生15起,占總事故數的9.26% 。
(2)岩層結構缺陷型
巷道附近出現隱含小斷層
事故共發生10起,占總事故數的6.17% 。
(2)岩層結構缺陷型
節理發育
褶曲構造引起頂板局部變化,斜交節理發育,導致巷道頂板楔形冒落。長×寬×高為(20~30)×(2.8~3.2)×(0.8~2.5)m
此類事故共有7起,占總事故數的4.32% 。
(2)岩層結構缺陷型
圍岩出現鑲嵌型結構
共4起,占調查事故總數的2.5%
(3)應力突變
因應力突變導致冒頂事故共有10起,占調查事故總數的6.2%
(4)施工不良型
此類原因造成的頂板事故收集到3起
冒頂事故分類
多發地點
斷層、褶曲等地質構造破壞帶
層理裂隙發育的岩層中
掘進工作麵無支護巷道過長
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