錨注支護(hù)技術(shù)(礦用).doc

錨注支護(hù)技術(shù)煤礦巷道中的應(yīng)用濟(jì)南澳科礦山工程技術(shù)有限公司2009年3月29日1.概述目前，隨著采礦規(guī)模的日益增大，開采深度也越來越大，因此，巷道圍巖的壓力也越來越大，尤其受采動(dòng)影響的巷道、軟弱巖層和破碎帶，巷道位于不穩(wěn)定巖體中，圍巖弱面發(fā)育，使得圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性差，這就給巷道圍巖控制和巷道支護(hù)及維護(hù)帶來了非常大的困難。在一些特殊地點(diǎn)往往采用常規(guī)的錨桿/錨索進(jìn)行支護(hù)，其效果不盡人意。最近幾年發(fā)展起來的錨注技術(shù)在礦山和巖土工程中得到廣泛應(yīng)用，工程實(shí)效也很顯著，尤其在軟弱巖層支護(hù)中發(fā)揮了很大的作用。錨注支護(hù)實(shí)質(zhì)上是將錨固支護(hù)技術(shù)和注漿加固技術(shù)的結(jié)合，利用中空的錨桿/錨索兼做注漿管，在保證全長錨固的前提下，利用注漿材料改變圍巖的性質(zhì)，提高圍巖的強(qiáng)度和自承能力，保持巷道的穩(wěn)定。錨注支護(hù)技術(shù)主要包括四個(gè)方面：錨注理論、注漿材料、錨注錨桿/錨索、施工工藝和設(shè)備。1.1 注漿理論注漿理論是借助流體力學(xué)、固體力學(xué)等理論發(fā)展起來的，通過對漿液的流動(dòng)形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、模擬分析，建立注漿壓力、擴(kuò)散半徑、注漿量、注漿時(shí)間之間的關(guān)系。實(shí)踐證明，漿液在地層中的流動(dòng)復(fù)雜多變，漿液性能注漿壓力隨著地層變化而變化。目前得到公認(rèn)的注漿理論主要有以下三種理論（1）滲透注漿理論滲透注漿是不破壞地層構(gòu)造的壓力下，把漿液注入到粒狀巖土的孔隙內(nèi)，從而達(dá)膠結(jié)巖體的目的。國內(nèi)外學(xué)者對滲透注漿進(jìn)行了廣泛的研究，先后提出了球面理論、柱形擴(kuò)散理論等。國內(nèi)采用注漿加固十分重視漿液的擴(kuò)散性。（2) 壓密注漿理論壓密注漿是利用極稠的漿液(坍落度25mm)，通過鉆孔擠向破碎圍巖，在注漿處形成球形漿包，漿液擴(kuò)散靠對周圍破碎圍巖的壓縮。漿液取代注漿范圍內(nèi)的破碎圍巖，并不向破碎圍巖擴(kuò)散和滲透，在注漿鄰近區(qū)存在塑性變形帶，較遠(yuǎn)處破碎圍巖發(fā)生彈性變形，達(dá)到破碎圍巖壓密、壓實(shí)的目的。（3） 辟裂注漿理論劈裂注漿是在鉆孔內(nèi)液體施加壓力于地層，當(dāng)液體壓力超過巖體辟裂壓力，或超過滲透注漿和壓密注漿的極限壓力，巖體在裂縫處發(fā)生尖端效應(yīng)，產(chǎn)生次級裂縫，進(jìn)漿量突然增加，并在鉆孔附近形成網(wǎng)狀漿脈，通過擠壓和漿體骨架作用加固巖體。這些成果具有較好的理論指導(dǎo)意義，但在定量應(yīng)用上受到較大限制。由于注漿介質(zhì)的復(fù)雜性和工程的隱蔽性，注漿理論研究難以開展，其研究水平不僅嚴(yán)重滯后于注漿工程實(shí)踐和注漿材料的發(fā)展要求，而且滯后于一般工程技術(shù)研究的發(fā)展水平。1.2 注漿材料 注漿材料是錨注支護(hù)術(shù)中一個(gè)不可分割的組成部分，漿液性能是決定注漿加固效果的關(guān)鍵因素之一，漿液的消耗又影響到工程成本，因此國內(nèi)外都致力于研究新型注漿材料。目前注漿材料品種已達(dá)上百種，性能各不相同，只能根據(jù)注漿工程的要求和目的選擇不同性能的注漿材料。 目前，針對以限制變形為目的的巷道圍巖注漿加固材料研究的較少，同時(shí)井下巷道多是臨時(shí)性或半永久性工程，成本受到限制，因此對巷道圍巖注漿加固材料有特殊的要求。一般只考慮采用價(jià)格低廉的水泥類材料，并通過添加劑來調(diào)節(jié)其性能，這些性能主要包括三個(gè)方面：工藝方面、破裂巖體的滲透性能、與煤巖體的粘結(jié)強(qiáng)度和抗變形性能。按照注漿工藝分為單液漿和雙液漿。習(xí)慣上把漿液中的主劑分為無機(jī)和有機(jī)材料兩大體系，注漿材料的發(fā)展方向:傳統(tǒng)的水泥和粘土類顆粒材料由于粒度大，可灌性低，難以滿足各種注漿工程的不同要求。而水玻璃類注漿材料固結(jié)強(qiáng)底低，有些化學(xué)注漿材料生成的凝膠產(chǎn)物對環(huán)境有一定的污染或帶有一定的毒性，并且高分子化學(xué)漿材施工成本較高，在經(jīng)濟(jì)性及耐久性方面使其難以大量使用。因此，從可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保觀點(diǎn)看，今后注漿材料的發(fā)展方向主要是:新型無機(jī)膠凝材料；早強(qiáng)和高強(qiáng)地質(zhì)聚合體材料；以添加劑或主劑形式出現(xiàn)的化學(xué)改性材料；為提高微小裂隙和孔隙注漿效果的微細(xì)注漿材料;尋求滲透性強(qiáng)、可注性好、無污染、固結(jié)體強(qiáng)度較高、凝膠時(shí)間易于控制、價(jià)格便宜和施工方便等綜合性能指標(biāo)高、成本較低的綠色新型注漿材料?？傊?，根據(jù)具體工程需要按照一定比例和成分配比，可以適應(yīng)膨脹、微膨脹、帶壓堵水、高壓滲透等注漿要求。此外，注漿材料的綜合性能更趨向于滲透能力強(qiáng)、可注性高、早期和終凝強(qiáng)度高、結(jié)石率高、凝聚時(shí)間容易控制。1.3 錨注錨桿/錨索隨著錨注支護(hù)技術(shù)推廣應(yīng)用，錨注錨桿/ 錨索最近幾年發(fā)展迅速。錨桿/錨索在滿足注漿的前提下向大直徑高強(qiáng)度發(fā)展。國內(nèi)外最近幾年進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。最有代表性是德國研制的“一步到位”錨桿，并帶一次性鉆頭的自鉆進(jìn)大直徑全螺紋超高強(qiáng)錨桿，稱為ONE.STEP.ANCKER錨桿（圖1.2）。 圖1.1 德國錨桿發(fā)展歷程圖1.1 表明了德國錨桿支護(hù)發(fā)展的20多年的歷程，錨桿的破斷力從160KN提高到360KN，錨固方式從端錨全長錨固錨注一體；德國的發(fā)展歷程代表了深井巷道支護(hù)發(fā)展的趨勢和方向。 圖1.2 德國開發(fā)的帶一次性鉆頭的自鉆進(jìn)大直徑全螺紋超高強(qiáng)錨桿（ONE.STEP.ANCKER “一步到位”錨桿） 圖1.3 一步到位”錨桿現(xiàn)場使用澳大利亞最近幾年也積極開展錨注一體錨桿/錨索的研究。圖1.4所示為澳大利亞井下使用的一種新型的CT.Bolt 注漿錨桿，它采用機(jī)械式端頭錨固做為初始錨固機(jī)構(gòu)，圖1.5、圖1.6所示分別為這種注漿錨桿的結(jié)構(gòu)及其井下安裝過程示意圖。圖1.4 澳大利亞井下使用的CT.Bolt 注漿錨桿圖1.5 CT.Bolt 注漿錨桿結(jié)構(gòu)圖1.6 CT.Bolt 注漿錨桿井下安裝過程示意圖國內(nèi)以往在煤巷中采用的注漿錨桿一般采用帶出漿孔的鋼管作為桿體，在其端部焊接一個(gè)麻花段用來攪拌樹脂藥卷，如圖1.6所示。一般為臨時(shí)制作而非正規(guī)的產(chǎn)圖1.7 國內(nèi)早期使用的注漿錨桿結(jié)構(gòu)品，由于鋼管壁厚薄，其承載能力也很低，一般在100KN以下，難以滿足深部開采高應(yīng)力大變形巷道支護(hù)要求。 （2）注漿錨索 最初注漿錨索采用鋼絞線加工，為了便于與注漿材料結(jié)合在鎖體上加工成籠形或加箍。 圖1.8 注漿錨索的籠型結(jié)構(gòu) 注漿錨索的上部倒刺。這種注漿錨索需要注漿注漿管和排氣管，施工鉆孔較大。 圖1.9 注漿錨索2005年澳大利亞開發(fā)中空注漿錨索開始在煤礦中應(yīng)用。這種新型錨索產(chǎn)品的應(yīng)用不僅在提高煤巷錨桿支護(hù)安全可靠性和總體成巷速度方面帶來了顯著的效果，而且為解決復(fù)雜困難條件下圍巖加固問題提供了有效的技術(shù)手段。譬如，兗礦集團(tuán)在澳大利亞投資的澳思達(dá)煤礦大量采用澳大利亞Mage.bolt公司的MS7R.TT強(qiáng)力注漿螺紋鎖緊錨索，如圖1.10，用以支護(hù)跨度達(dá)8 m的切眼不需要打任何支柱或木垛。從澳大利亞、美國、英國、德國、南非等國的技術(shù)發(fā)展情況來看，直接采用建筑行業(yè)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線截割成錨索的做法很快將成為歷史，而針對礦山企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用條件采用專門的技術(shù)、材料和設(shè)備制造全新結(jié)構(gòu)形式的錨索產(chǎn)品已經(jīng)成為礦用錨索的技術(shù)發(fā)展趨勢。 國外目前已開發(fā)出的礦用新型錨桿/錨索產(chǎn)品都力圖從以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破：（1） 在保持小孔徑的條件下，加大索體直徑，提單股承載能力，從而提高鉆孔利用率（即通過每個(gè)鉆孔所能獲得的支護(hù)承載能力）, 便于現(xiàn)場快速施工施工。（2） 錨索能夠和普通錨桿一樣，實(shí)現(xiàn)攪拌樹脂藥卷錨固，取消張拉，簡化施工工序，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與錨桿同步承載，使二者形成支護(hù)整體；（3） 提高鎖緊端的可靠性，防止下滑、火花，同時(shí)，盡可能減小外露長度，以最大限度地保持巷道的有效高度，便于井下車輛、設(shè)備的通行（國外井下車輛和移動(dòng)設(shè)備較多）；（4） 改善錨索索體的延伸特性，提高適應(yīng)圍巖變形的能力；（5） 增加注漿/錨索的表面粗糙度，有利于與注漿材料的結(jié)合。（6） 形成不同結(jié)構(gòu)、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品，以滿足不同使用條件。1.4 注漿工藝及參數(shù) 注漿工藝是研究在不同的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下，根據(jù)施工巷道技術(shù)特征、工程性質(zhì)和施工要求等，所采取的不同注漿方案和施工方法，以及完成注漿工作全過程的作業(yè)程序和操作要領(lǐng)。注漿工藝復(fù)雜多變，針對性很強(qiáng)，而注漿參數(shù)是影響和確定注漿工藝的最重要因素之一，一直是注漿技術(shù)和注漿效果研究的一項(xiàng)主要內(nèi)容。其注漿參數(shù)包括如下幾項(xiàng)： (1) 注漿壓力注漿壓力是漿液在巖土中擴(kuò)散的動(dòng)力，受工程地質(zhì)條件、注漿方法和注漿材料等因素的影響和制約。國內(nèi)外對確定注漿壓力值持兩種截然相反的原則：一是盡可能提高注漿壓力；二是盡可能用低壓注漿。這兩種觀點(diǎn)各有利弊，對不同的工程有不同的指導(dǎo)意義。一般來說，化學(xué)注漿比水泥注漿時(shí)壓力要小，淺部注漿比深部注漿壓力要小，滲透系數(shù)大的地層比滲透系數(shù)小的地層注漿壓力要小。 （2）擴(kuò)散半徑 擴(kuò)散半徑的影響因素甚多，它隨著巖層滲透系數(shù)、裂隙開度、注漿壓力、漿液流動(dòng)特征、注入時(shí)間等因素的變化而不同，它決定著注漿工程量和工程進(jìn)度，常用一些理論或經(jīng)驗(yàn)公式估算，但最終往往仍需通過試驗(yàn)確定。 (3)凝膠時(shí)間凝膠時(shí)間是漿液本身的特征，不同的注漿工程可能要求漿液凝膠時(shí)間在幾秒到幾小時(shí)的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，并能準(zhǔn)確控制。幾種典型漿液的凝膠時(shí)間為：單液水泥漿從幾十分鐘到十幾小時(shí)，水泥一水玻璃雙液漿從幾秒到幾十分鐘，高水速凝材料從幾分鐘到幾十分鐘。2. 錨注支護(hù)原理對于松動(dòng)范圍和松動(dòng)程度都比較大的應(yīng)力集中區(qū)的巷道圍巖，單純采用普通的錨桿支護(hù)有很大的局限性，因?yàn)橄锏绹鷰r松動(dòng)范圍很可能會(huì)超過錨桿的長度，這樣以來，錨桿的錨固端有隨著圍巖變形位移一起向外“漂移”的傾向，難以對巷道圍巖變形產(chǎn)生很大的約束作用，反映在宏觀上就是支護(hù)作用不明顯，效果不理想。 即使采用全長樹脂錨固的錨桿也存在這個(gè)問題，因?yàn)閿嚢枋綐渲幘礤^固劑向錨桿孔壁裂隙內(nèi)滲透的能力很低，從井下現(xiàn)場回收的錨桿可以看到，凝固后的錨固劑呈圓柱狀僅僅裹覆在錨桿桿體周圍。在深部開采高應(yīng)力區(qū)以及斷層帶附近，巷道圍巖松動(dòng)破碎問題更為突出，圍巖松動(dòng)破碎會(huì)造成錨桿錨固力的迅速衰減或喪失，普通錨桿因?yàn)殡y以獲得牢固的錨固著力基礎(chǔ)，很難發(fā)揮出其錨固特性，無法對巷道圍巖變形破壞產(chǎn)生足夠的控制作用。在這種條件下，單純采用傳統(tǒng)的注漿加固也存在一定問題，這是因?yàn)?，傳統(tǒng)的注漿加固方法施工步驟煩瑣、環(huán)節(jié)多、輔助作業(yè)時(shí)間長，所產(chǎn)生的加固作用存在明顯的滯后性，因此效果往往會(huì)大打折扣。此外，對于應(yīng)力集中區(qū)且比較松軟破碎的巷道圍巖來說，由于松動(dòng)破碎的范圍和程度均比較大，因而傳統(tǒng)的注漿加固方法所固有的漏漿、跑漿等問題比較突出，在很大程度上制約了其效果和可操作性。實(shí)踐證明，對松動(dòng)范圍和松動(dòng)程度都比較大的應(yīng)力集中區(qū)巷道圍巖進(jìn)行錨注加固具有很好的效果。錨注加固的原理是將錨桿/錨索的支護(hù)作用與注漿加固的作用組合起來，共同作用于巷道圍巖，通過注漿錨桿/錨索壓注有機(jī)或無機(jī)漿液，不僅能從根本上保證錨桿/錨索錨固可靠，而且漿液能夠滲透到鉆孔周圍較大范圍的煤巖體中，對出現(xiàn)松動(dòng)的煤巖體產(chǎn)生粘結(jié)固化作用，顯著改善其整體性，提高煤巖體的自撐能力，從而大大改善巷道支護(hù)效果。與單純采用錨桿支護(hù)相比，由于錨注支護(hù)既通過注漿加固了圍巖，又給錨桿錨索提供了可靠的著力基礎(chǔ)；既能有效地提高圍巖的自身強(qiáng)度又能改善支護(hù)體的支護(hù)特性，使圍巖承載能力得到顯著提高，巷道變形量明顯降低，是一種非常好的主動(dòng)支護(hù)形式，它具有強(qiáng)初撐、急增阻、高承載的特性，能夠比較好地解決高應(yīng)力區(qū)、斷層帶附近以及“三軟”地層由于巷道圍巖松動(dòng)破碎和大變形引起的錨固力迅速衰減和喪失的難題。初步的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，同樣條件下其實(shí)際錨固力可比普通錨桿/錨索提高13倍，能夠有效地控制破碎松動(dòng)范圍和程度都比較大的應(yīng)力集中區(qū)以及“三軟”地層巷道圍巖的劇烈變形，從而擴(kuò)大錨桿/錨索支護(hù)的適用范圍，對于解決應(yīng)力集中區(qū)以及“三軟”地層巷道圍巖支護(hù)問題具有現(xiàn)實(shí)意義。漿液的滲透作用、壓密作用和漿液的辟裂作用在鉆孔附近形成網(wǎng)狀漿脈的效應(yīng)可以顯著地提高錨注加固體系中錨桿/錨索的載荷傳遞能力,而且,壓密作用能夠在鉆孔孔壁與錨桿桿體或錨索索體之間所產(chǎn)生的漲緊效應(yīng)以及辟裂作用在鉆孔周圍形成網(wǎng)狀漿脈的效應(yīng)可以顯著地放大錨桿/錨索的軸向約束效應(yīng)和徑向約束效應(yīng)的程度以及所能波及的范圍,對此，我們可以形象地理解成: 不注漿時(shí),錨桿/錨索相當(dāng)于插在土中的木樁；注漿以后則相當(dāng)于同樣粗的樹干生根在土里，注漿壓力越高錨桿/錨索的軸向約束效應(yīng)和徑向約束效應(yīng)的放大作用越顯著。據(jù)此,我們可以得出一個(gè)關(guān)于錨注加固機(jī)理的一個(gè)全新的學(xué)術(shù)觀點(diǎn): 錨注加固體系中，錨桿/錨索所起的作用與漿液所起的作用并不只是簡單的疊加關(guān)系,二者之間相輔相成, 注漿能夠?qū)﹀^桿/錨索的作用效果起到放大作用,這是錨注加固支護(hù)效果優(yōu)于其它支護(hù)方式的根本原因所在。3. 錨注支護(hù)與注漿加固技術(shù)的對比巷道注漿加固主要采用兩種方式：在其他支護(hù)的基礎(chǔ)上，單獨(dú)鉆孔注漿加固。一個(gè)實(shí)例是中國礦業(yè)大學(xué)和徐州權(quán)臺礦用高水速凝材料滯后注漿加固煤巷，采用可縮梯形金屬支架，兩幫及頂?shù)捉怯媒饘倏煊菜噱^桿，在錨桿排距之間另外鉆孔注漿加固兩幫和底角；再一種。將注漿和錨桿/錨索統(tǒng)一起來的錨注支護(hù)技術(shù)。濟(jì)南澳科公司采用該技術(shù)分別在淄博岱莊煤礦，兗礦集團(tuán)東灘煤礦、開灤呂家坨煤礦進(jìn)行錨注支護(hù)，均取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。注漿多采用水泥注漿加固破碎圍巖，也可采用化學(xué)漿液進(jìn)行注漿。其實(shí)質(zhì)是中空錨桿/錨索兼做注漿管。實(shí)踐和理論都表明錨注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)具有較大的優(yōu)越性，是支護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向之一。 4.中空錨注錨索4.1 新型樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索的開發(fā)研制背景開發(fā)的指導(dǎo)思想：（1）采用小孔徑的情況下進(jìn)一步提高錨索的承載能力；（2）將樹脂錨固錨索的優(yōu)點(diǎn)與全長注漿錨索的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起；（3）利用現(xiàn)有的錨桿鉆機(jī)和注漿設(shè)備實(shí)現(xiàn)錨注。針對國內(nèi)現(xiàn)有礦用錨索產(chǎn)品存在的缺點(diǎn)和問題，我們在借鑒和吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，在攻克了鋼絲快速精確定長下料、絞制后索體鋼絲由于自身彈性而破股散開以及螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零件的高效率加工制造等一系列技術(shù)難題后，于2008年5月開發(fā)成功了新型的采用螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲制造的樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索?？梢载?fù)責(zé)任地說，我們開發(fā)新型的螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索，是借鑒和跟蹤國外的最新技術(shù)發(fā)展趨勢的產(chǎn)物，這種新型樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索的開發(fā)成功，使我國的煤巷錨索技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)趕上了當(dāng)今國際同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平，在技術(shù)上與國外實(shí)現(xiàn)了同步發(fā)展。4.2 螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索簡介4.2.1 螺旋肋鋼絲加工錨注錨索的原材料主要采用螺旋肋鋼絲。高粘結(jié)螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲是一種新型變形鋼絲，其主要特征是將壓延拉拔工藝處理后的半成品經(jīng)過最后一次塑性變形拉拔，使鋼絲表面形成3至6條連續(xù)狀的凸起的螺旋肋，螺旋肋同基圓為一體，共同組成同一個(gè)截面的鋼絲，也就是說無論多長的鋼絲在任一點(diǎn)其截面積都相等。因此，無論是外形加工方法、材料性能均有光面鋼絲、刻痕鋼絲和三股鋼絞線不可替代的優(yōu)良特性。具有強(qiáng)度高、塑性好、松弛值低、伸直性好、與錨固劑的握裹力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲產(chǎn)品是采用將熱軋高碳（0.8%C）盤條（目前牌號82B）經(jīng)過多道次冷拔，將其橫斷面積減少約2/3后，將其在回火爐中帶張力回火，生產(chǎn)出直徑為49mm、抗拉強(qiáng)度1670MPa以上、低松弛性能優(yōu)良的螺旋肋鋼絲。生產(chǎn)工藝流程如下：熱軋盤條機(jī)械除銹電解酸洗清洗涂層拉拔螺旋肋成型（或三面刻痕）帶張力感應(yīng)加熱回火冷卻收盤。鋼材在制造過程中經(jīng)有控延伸，金屬單晶聯(lián)接，合理排布，保證了鋼絲原始鋼材的元素及性能不受破壞。在兩次熱處理消殘余應(yīng)力的過程中，表面硬化的晶?；貜?fù)力學(xué)組織，使其延性、韌性指標(biāo)得到合理發(fā)揮。在制造工藝合理的情況下，通常成品的抗拉強(qiáng)度、韌性和延性均比同等條件下制造的光面預(yù)應(yīng)力鋼絲有所提高，特別是握裹性能更優(yōu)越。圖4.1圖2.2所示為高強(qiáng)螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲實(shí)物以及其外形特寫。圖4.1 高強(qiáng)螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲實(shí)物 主要數(shù)據(jù)表述: D1:基圓直徑；D :含肋外徑；jk :單根肋寬；jg:單根肋高；Lg:螺旋肋程(單根肋圍繞基圓環(huán)繞一周長度)圖4.2 高強(qiáng)螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲外形特寫本產(chǎn)品采用特制高強(qiáng)螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲，其物理力學(xué)參數(shù)如下：基園直徑： 6.0mm；外園直徑： 6.4mm抗拉強(qiáng)度： 1760MPa破斷力： 53KN4.2.2 螺旋肋鋼絲的特點(diǎn)（1）良好的錨固性能，合理的外形使鋼絲與錨固劑間形成連續(xù)的凹凸咬合齒，與錨固劑的握裹力大，從而達(dá)到理想的錨固效果。螺旋肋鋼筋不僅具有較高的錨固強(qiáng)度和剛度，且大滑移時(shí)仍具有較大承載力（錨固延性好），有利于承受沖擊載荷。螺旋肋鋼絲表面凸起的多條螺旋肋與錨固劑咬合齒寬厚且連續(xù)不間斷，不易破碎、剪斷。擠壓面積大，相對肋面積大，劈裂力均勻無方向性，因此早期滑移小而后期大變形時(shí)又具有較高的錨固延性。而一般帶肋鋼筋橫肋咬合齒分散易擠碎切斷，大滑移下即失去錨固力，錨固延性差。關(guān)于鋼筋外形與錨固性能之間的關(guān)系，中國建筑科學(xué)研究院對各類鋼筋做過詳盡的分析研究，并將試驗(yàn)結(jié)果繪制成粘結(jié)應(yīng)力.滑移(.S)曲線進(jìn)行比較(見圖2.3)，從圖中曲線可以明顯看出螺旋肋鋼絲的優(yōu)異特性。 山東省建筑科學(xué)研究院和山東省建筑設(shè)計(jì)研究院也曾對冷拔螺旋肋筋鋼絲進(jìn)行了24組試件錨固性能試驗(yàn)，得出了類似結(jié)果。利用螺旋肋加工的鋼絞線與光面鋼絞線與樹脂的錨固力進(jìn)行對比試驗(yàn)，螺旋肋鋼絞線的錨固力提高了2.47倍。見試驗(yàn)報(bào)告。圖4.3螺旋肋筋鋼絲與各類鋼筋的.S曲線比較（2）螺旋肋外表比較合理，雖然鋼絲經(jīng)過拉拔而形成凹凸不平的表面外形，但由于采用連續(xù)螺旋肋，肋部面積仍可承受拉力，且螺旋肋可隨拉力與基體部分同步變形，鋼絲通體橫截面相等，橫截面積幾乎沒有任何損失。而一般帶肋鋼筋因橫肋不能受力，有效面積要損失6%11%左右。（3） 預(yù)應(yīng)力傳遞長度明顯降低。螺旋肋鋼絲因其外形特點(diǎn)具有良好的錨固性，因此預(yù)應(yīng)力傳遞長度不大于42D，特別適用于施加很高的預(yù)應(yīng)力。與同等重量、同等橫截面積的光面預(yù)應(yīng)力鋼絲比較，螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲凹凸的螺旋肋和放大的外輪廓，加大了鋼絲與錨固劑的咬合面積，鋼絲所受應(yīng)力能有效、均勻地分解，提高錨固強(qiáng)度和鋼絲的承載能力。（4） 松弛值低。螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲松弛值一直保持在70%應(yīng)力狀態(tài)下其應(yīng)力損失1.2.1.8%/KH之間，低于世界任何一個(gè)國家預(yù)應(yīng)力鋼絲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的松弛指標(biāo)。（5）經(jīng)過特殊加工，內(nèi)部晶粒組織也發(fā)生相應(yīng)螺旋狀變化。螺旋肋鋼絲的延性、韌性均優(yōu)于光面鋼絲和刻痕預(yù)應(yīng)力鋼絲，抗疲勞性能的多次檢驗(yàn)均在應(yīng)力狀態(tài)80%正弦波實(shí)驗(yàn)次數(shù)300萬次，疲勞后的鋼絲試件仍保持屈強(qiáng)比83%以上，延伸、冷彎指標(biāo)仍在正常鋼絲的標(biāo)準(zhǔn)合格范圍內(nèi)。4.2.3 利用螺旋肋鋼絲制造樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索 為什么要用螺旋肋鋼絲為原料開發(fā)新型的樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索呢？回答這個(gè)問題之前，我們要看看錨注支護(hù)的優(yōu)越性在那里。實(shí)際情況表明，深部開采全煤巷道特別是沿空掘進(jìn)的全煤巷道頂、幫煤體的松動(dòng)范圍和松動(dòng)程度都比淺部開采時(shí)明顯加大，頂煤松動(dòng)導(dǎo)致巷道頂板起網(wǎng)兜，錨桿的錨固可靠性會(huì)受到影響，頂板下沉量增大，嚴(yán)重時(shí)，松動(dòng)范圍會(huì)超過錨桿長度，導(dǎo)致失穩(wěn)冒落；巷幫煤體松動(dòng)直接造成巷道兩幫移近量大增，而且巷幫煤體松動(dòng)后，對巷道頂板的支撐作用降低，導(dǎo)致頂板的實(shí)際跨度增大，進(jìn)而間接造成頂板下沉量增大，使得整個(gè)巷道斷面變形嚴(yán)重，巷道不得不進(jìn)行翻修甚至多次翻修。對于松動(dòng)范圍和松動(dòng)程度都比較大的頂幫煤體，單純采用普通的樹脂錨桿支護(hù)有很大的局限性，因?yàn)殄^桿的錨固端有隨著煤體的松動(dòng)、擠出向外“漂移”的傾向，即使采用全長錨固也存在這個(gè)問題，因?yàn)閿嚢枋綐渲幘礤^固劑向錨桿孔壁裂隙內(nèi)滲透的能力很低，從井下現(xiàn)場回收的錨桿可以看到，凝固后的錨固劑呈圓柱狀僅僅裹覆在錨桿桿體周圍。在深部開采高應(yīng)力區(qū)、斷層帶附近，頂幫煤體松動(dòng)破碎問題更為突出，頂幫煤體強(qiáng)烈變形會(huì)造成錨桿錨固力的迅速衰減或喪失，普通錨桿難以找到牢固的錨固著力基礎(chǔ)，很難發(fā)揮出其錨固特性，無法對巷道圍巖產(chǎn)生應(yīng)有的支護(hù)作用。這種條件下，傳統(tǒng)的注漿加固由于實(shí)際操作步驟煩瑣、輔助作業(yè)時(shí)間長，因此很少使用，即使應(yīng)用，由于存在漏漿、跑漿等問題效果也比較差。實(shí)踐證明，對松動(dòng)范圍和松動(dòng)程度都比較大的頂幫煤體進(jìn)行“錨注”加固具有很好的效果。通過注漿錨索壓注有機(jī)或無機(jī)漿液，不僅能從根本上保證錨索錨固可靠，而且漿液能夠滲透到錨桿孔周圍較大范圍的煤巖體中，對出現(xiàn)松動(dòng)的煤巖體產(chǎn)生粘結(jié)固化作用，從而顯著改善其整體性，提高頂幫煤體的自撐能力，改善巷道支護(hù)效果。與錨桿支護(hù)相比，由于錨注支護(hù)既通過注漿加固了圍巖，又給錨索提供了可靠的著力基礎(chǔ)；既能有效地提高圍巖的自身強(qiáng)度又能改善支護(hù)體的支護(hù)特性，使圍巖承載能力得到顯著提高，巷道變形量明顯降低，是一種非常好的主動(dòng)支護(hù)形式，它具有強(qiáng)初撐、急增阻、高承載的特性，能夠比較好地解決高應(yīng)力區(qū)、斷層帶附近由于頂幫煤體的松動(dòng)破碎和大變形引起的錨固力迅速衰減和喪失的難題。初步的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其實(shí)際錨固力可比普通錨索提高34倍，能夠有效地控制破碎松動(dòng)范圍和程度都比較大的全煤巷道頂幫煤體以及軟巖巷道和硐室的強(qiáng)烈變形，從而擴(kuò)大錨桿支護(hù)的適用范圍，對于解決深部高應(yīng)力動(dòng)壓條件下的全煤巷道支護(hù)問題具有現(xiàn)實(shí)意義。 樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索屬于錨注支護(hù)，其支護(hù)效果方面的優(yōu)越性是不言而愈的，而采用高強(qiáng)度螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲為原料開發(fā)新型的樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索，由于高強(qiáng)度螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲具有前面所述的突出優(yōu)點(diǎn)，會(huì)使得新型的樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索在支護(hù)效果方面的優(yōu)越性更加顯著。 國外開發(fā)的新型錨索產(chǎn)品都采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲制造，而螺旋肋鋼絲以其優(yōu)越的性能成為制造錨索的首選鋼絲品種。澳大利亞已經(jīng)批量從中國進(jìn)口螺旋肋鋼絲制造新型的大直徑、高強(qiáng)度錨索，不僅在澳大利亞煤礦中應(yīng)用，而且已經(jīng)出口到了歐洲的煤礦。采用高強(qiáng)度螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲制造錨索具有顯著的優(yōu)越性。 最突出的優(yōu)點(diǎn)就是其錨固強(qiáng)度、載荷傳遞特性和錨固延性較之用鋼絞線截割成的錨索有大幅度的提高。澳大利亞所做的對比試驗(yàn)結(jié)果表明，采用高強(qiáng)度螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲制造錨索的錨固強(qiáng)度比相同直徑的用鋼絞線截割成的錨索提高15%以上，而錨固延性可提高25%以上，這一結(jié)果與前面提到的國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)所做的單股螺旋肋鋼絲與其它鋼絲的對比結(jié)果是基本一致的。4.2.4 新型的樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)(一) 樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索結(jié)構(gòu)圖4.4所示為本項(xiàng)目開發(fā)的新型樹脂端錨+后期注漿全錨錨索實(shí)物。圖4.5 用螺旋肋鋼絲制造的新型樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索外形特寫 (二) 樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索主要特點(diǎn)新型樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索同以往的注漿錨索相比有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 采用樹脂端錨螺紋鎖緊，安裝后能立即承載，這一點(diǎn)對于自穩(wěn)能力差的頂板是非常有利和必要的，也是現(xiàn)有的各種注漿錨索產(chǎn)品均無法作到的；（2） 錨索索體為中空結(jié)構(gòu)，自帶芯管，安裝時(shí)采用反向注漿，不僅消除了產(chǎn)生氣穴空洞的可能，保證錨固漿液充滿鉆孔，而且省去了排氣管和注漿管專用接頭（直接利用螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)作為注漿管接頭），也無須在現(xiàn)場綁匝注漿管、排氣管以及封堵注漿孔，使施工步驟大為簡化；（3） 錨索安裝后能與錨桿同步承載，形成支護(hù)整體，對保證支護(hù)效果非常有利；（4） 采用全新索體結(jié)構(gòu)，在保證注漿通徑的前提下，使索體直徑達(dá)到最小化，所需安裝孔徑小，可實(shí)現(xiàn)小孔徑、大噸位，索體結(jié)構(gòu)本身滿足高壓注漿的要求，可以實(shí)現(xiàn)錨注結(jié)合；（5） 注漿可以安排在迎頭后方一定距離將一定范圍的錨索一次注完；（6） 外露端鎖緊可靠，不打滑，不出現(xiàn)火花且外露長度小，不影響巷道有效高度。樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索主要技術(shù)參數(shù) （1）鋼絲公稱直徑：6.0mm （2）錨索索體直徑；22（3）長度系列：4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 8000（4）安裝孔徑：3235 ：（5）強(qiáng)度及破斷力：1760MPa 400KN（6）樹脂錨固長度：10001500mm（7）中空注漿管規(guī)格：內(nèi)徑：7.5mm 外徑：10mm（8）注漿壓力：不低于5.0MPa4.2.6 新型樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索配套機(jī)具（1）鉆孔機(jī)具 新型樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索井下安裝施工所需的打眼鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭等與普通樹脂錨索施工所用的機(jī)具完全相同，無須增加新設(shè)備。（2）攪拌頭濟(jì)南澳科礦山工程技術(shù)有限公司提供與新型樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索配套的攪拌頭。 （3）注漿泵新型樹脂端錨+后期注漿全錨的籠型錨索采用反向注漿工藝，配套注漿泵需要采用風(fēng)動(dòng)高壓注漿泵，注漿壓力達(dá)到7MPa。濟(jì)南澳科礦山工程技術(shù)有限公司可以提供這種便攜式風(fēng)動(dòng)高壓注漿泵。4.新型水泥注漿添加劑采用對松動(dòng)范圍和松動(dòng)程度都比較大的巖體進(jìn)行“錨注”加固具有很好的效果。通過注漿泵向錨孔中壓注漿液，不僅能從根本上保證錨桿錨固可靠，而且漿液能夠滲透到錨桿孔周圍較大范圍的煤巖體中，對出現(xiàn)松動(dòng)的煤巖體產(chǎn)生粘結(jié)固化作用，從而顯著改善其整體性，提高頂幫煤體的自撐能力，改善巷道支護(hù)效果。與普通的樹脂錨桿支護(hù)相比，由于錨注支護(hù)既注漿加固了圍巖，又給錨桿提供了可靠的著力基礎(chǔ)；既能有效地提高圍巖的自身強(qiáng)度又能改善支護(hù)體的支護(hù)特性，使圍巖承載能力得到顯著提高，巷道變形量明顯降低，是一種非常好的主動(dòng)支護(hù)形式，具有強(qiáng)初撐、急增阻、高承載的特性，能夠比較好地解決高應(yīng)力區(qū)、斷層帶附近由于頂幫煤體的松動(dòng)破碎和大變形引起的錨固力迅速衰減和喪失的難題，初步的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其實(shí)際錨固力可比普通錨桿提高34倍，能夠有效地控制破碎松動(dòng)范圍和程度都比較大的全煤巷道頂幫煤體以及軟巖巷道和硐室的強(qiáng)烈變形，從而擴(kuò)大錨桿支護(hù)的適用范圍，對于解決深部高應(yīng)力動(dòng)壓條件下的全煤巷道支護(hù)問題具有現(xiàn)實(shí)意義。以中空注漿錨桿/錨索為核心的“錨注”加固體系主要用于深部開采中的高應(yīng)力區(qū)、斷層破碎帶、變形嚴(yán)重全煤巷道的二次補(bǔ)強(qiáng)加固，在深部開采高應(yīng)力動(dòng)壓條件下全煤巷道特別是沿空掘進(jìn)的全煤巷道頂幫支護(hù)中具有不可或卻的作用。但以往“錨注”加固注漿料普遍采用水泥凈漿，雖然具有材料來源廣、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但從水泥特性和現(xiàn)場應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)水泥凈漿存在以下問題：（1） 水灰比太高，大大降低了其強(qiáng)度。水泥水化所需的用水量為水泥重量的15%25%，為了便于注漿現(xiàn)場施工時(shí)用水量為水泥重量的50%60%，在水泥硬化后多余的水在水泥石中形成大量的孔隙和氣泡，導(dǎo)致水泥硬化后強(qiáng)度下降。（2） 水泥硬化過程中具有一定的干縮性，并在內(nèi)部產(chǎn)生微裂隙，不利于提高加固圍巖的整體強(qiáng)度。（3） 流動(dòng)性和可泵性差，注漿阻力大。（4） 水泥漿液與煤巖體粘結(jié)強(qiáng)度以及固結(jié)體抗變形能力差。為了克服水泥凈漿存在的以上缺陷，提高其加固巷道圍巖的效果，濟(jì)南澳科礦山工程技術(shù)有限公司與山東建材設(shè)計(jì)研究院的合作，針對煤礦井下“錨注”加固使用環(huán)境開發(fā)了ACZ型水泥注漿無機(jī)添加劑和FZ.60型水泥注漿有機(jī)機(jī)添加劑，提高水泥漿液的性能，滿足錨注支護(hù)的需要。ACZ型水泥注漿無機(jī)添加劑其主要用途對水泥基注漿材料起到減水、增塑、增強(qiáng)、微膨脹作用。FZ.60型水泥注漿有機(jī)機(jī)添加劑主要用途對水泥基注漿材料提高粘結(jié)強(qiáng)度和抗變形能力。將添加劑按一定比例加入到525#水泥中配成“錨注”加固注漿材料可以大大改善“錨注”加固的效果。4.1 ACZ型水泥注漿添加劑研水泥注漿材料外加劑是由多種有機(jī)和無機(jī)成分復(fù)合而成的，包括早強(qiáng)劑、超塑化劑、微膨脹成份等，使水泥基“錨注”加固注漿材料具有較好的早強(qiáng)與高強(qiáng)、自流態(tài)、微膨脹和耐久性等優(yōu)良性能，從而大大改善“錨注”加固的效果。（1） 早強(qiáng)、高強(qiáng)特性為了使“錨注”加固中的中空注漿錨桿或注漿錨索能夠盡快地形成錨固力，以便及時(shí)對圍巖產(chǎn)生加固作用，同時(shí)使?jié){液對破碎圍巖盡快起到粘結(jié)固化作用，一般希望“錨注”加固注漿材料有較高的早期強(qiáng)度，強(qiáng)度上得越快越好，即希望終凝時(shí)間盡可能的短。但是初凝時(shí)間又不宜過短，過短時(shí)易造成拌合物流動(dòng)性降低而影響施工操作和壓注質(zhì)量。ACZ型水泥注漿添加劑針對井下使用環(huán)境，經(jīng)過大量的對比試驗(yàn)確定了合理的早強(qiáng)劑含量指標(biāo)，在保證漿液有良好的流動(dòng)性的前提下，使得1d強(qiáng)度最高可達(dá)25MPa以上，注漿錨桿或錨索安裝完畢1d后即可承載。（2） 自流態(tài)特性ACZ型水泥注漿添加劑中包含超塑化劑使得水泥漿體具有高流態(tài)性能，從而使水泥注漿料具有自密實(shí)性能，靠泵注便可填充錨孔全部間隙。其塑化原理是：影響水泥漿體流動(dòng)性是它濃稠的分散體系，在其中的分散相水泥顆粒具有相當(dāng)大的比表面積，即具有較大的界面自由能，要降低它，就需從溶液中吸收種種物質(zhì)。超塑化劑之類的有機(jī)化合物一經(jīng)吸附到水泥顆粒表面，便形成雙電層，電位發(fā)生變化，顆粒間靜電斥力作用，使顆粒趨向分散而難以凝聚，釋放出凝聚結(jié)構(gòu)中的水，達(dá)到減水或增大流動(dòng)的作用.但分散體系中的水泥顆粒眾多，顆粒之間還受到范德華引力的作用，使水泥顆粒趨向凝聚。因此，兩個(gè)顆粒之間的總電位V總由靜電斥力電位VR和范德華引力電位VA構(gòu)成。V總=VR+VA，膠體粒子周圍的雙電層斥力電位，由于Ka1，即從電層的厚度1/K與顆粒半徑r相比可以忽略不計(jì)。當(dāng)粒子間距較大或較小時(shí)，粒子以相互吸引為主，范德華引力占主導(dǎo).在中間狀態(tài)時(shí)，則要考慮斥力和吸力的共同作用.在總的電位能曲線上有兩個(gè)極小值，較深的一個(gè)稱作第一極小值，較淺的稱作第二極小值，表明了粒子間距較大或較小時(shí)，范德華引力占優(yōu)勢.在總的電位能曲線上，還有一個(gè)極大值Vb稱作位能勢壘。粒子布朗運(yùn)動(dòng)平均位能為1.5kT，溶膠粒子熱運(yùn)動(dòng)能量與位能曲線上兩個(gè)極小值和位能勢壘的大小相比較，如果位能勢壘比熱運(yùn)動(dòng)能小，即Vb1.5kT，或者由于固體表面電位比較低，或電解質(zhì)濃度比較小，或哈馬克常數(shù)H比較大等各種原因，而使總電位能曲線上沒有位能勢壘，由于吸引力，膠粒就要互相粘結(jié)，直到第一極小值，此時(shí)發(fā)生膠結(jié)聚結(jié)。加入表面活性物質(zhì)的超塑化劑后，由于超塑化劑含有可電離的基團(tuán)，水泥顆粒間雙電位斥力增加；超塑化劑含有吸附層使哈馬克常數(shù)大大地減小，導(dǎo)致水泥顆粒間范德華引力減弱；超塑化劑大分子物質(zhì)吸附在水泥顆粒表面，高分子鏈伸入到介質(zhì)中，引起這些鍵之間的相互作用，同時(shí)伴隨著熵的減少，則斥力位能VR增加，總的位能V總升高，因而位能勢壘也增加，使水泥顆粒間要達(dá)到凝聚，必須克服更高的位能勢壘，因而在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)，從而使得水泥漿體具有流動(dòng)性能。（3） 微膨脹性ACZ型水泥注漿添加劑中包含有微膨脹成份，可以補(bǔ)償收縮，將ACZ型水泥注漿添加劑加入到水泥中，加水拌和后生成大量膨脹性結(jié)晶水化物，即鈣礬石，使水泥基注漿漿料產(chǎn)生適度膨脹，在整個(gè)錨固體系中建立0.20.7MPa預(yù)應(yīng)力，這一預(yù)應(yīng)力可抵消注漿漿料在硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力，以保證注漿材料固化后與錨孔孔壁以及錨桿或錨索之間產(chǎn)生主動(dòng)結(jié)合，從而防止注漿漿料收縮開裂，使水泥注漿材料機(jī)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，改善了注漿漿料機(jī)體的孔結(jié)構(gòu)，大孔數(shù)量降低，總孔隙率減少，注漿材料固化后的機(jī)體抗?jié)B性大大提高。（4） ACZ型水泥注漿添加劑主要技術(shù)指標(biāo)ACZ型水泥注漿添加劑外觀為磚紅色粉末，為便于井下搬運(yùn)操作，每包20kg，采用防潮包裝（如圖1所示），其主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1） 膨脹率：0.50.8（2） 1d抗壓強(qiáng)度：25MPa（3） 28d抗壓強(qiáng)度：72MPa（4） 添加量占水泥量8（5） 對錨桿金屬桿體（鋼筋）無銹蝕，無毒，無污染。（6） 重量：20kg/袋圖4.1 ACZ型水泥注漿添加劑（5）ACZ型水泥注漿添加劑性能試驗(yàn)水泥注漿添加劑的主要作用是減水、增塑、增強(qiáng)、微膨脹,克服目前水泥漿水灰比高、強(qiáng)度低、硬化收縮、泵送阻力大等問題?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，加入ACZ型水泥注漿添加劑后，按水灰比0.5：1，在錨固長度僅為300mm的情況下，拉拔力可達(dá)到110kN，比凈漿提高了2倍多。山東大學(xué)工程力學(xué)測試中心的檢驗(yàn)檢測結(jié)果見附件1、2。目前，ACZ型水泥注漿添加劑實(shí)際使用量已經(jīng)達(dá)到100噸。除兗礦集團(tuán)外，在鶴崗、開灤、淮北、等礦區(qū)以及一些地方礦得到實(shí)際應(yīng)用。圖4.2 FZ.60 型水泥注漿有機(jī)添加劑4.2 FZ.60 型水泥注漿有機(jī)添加劑 濟(jì)南澳科礦山工程技術(shù)有限公司開發(fā)的FZ.60型水泥有機(jī)添加劑主要采用樹脂、乳膠等有機(jī)材料配制而成，主要目的是提高與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度和抗變形能力。在水泥漿中加入8%的添加劑其與煤的粘結(jié)強(qiáng)度提高1.92倍，抗折強(qiáng)度提高2倍。技術(shù)指標(biāo)參數(shù) 項(xiàng)目粘結(jié)強(qiáng)度MPa抗壓強(qiáng)度MPa抗折強(qiáng)度MPa加入添加劑0.7945.56.2不加添加劑0.4133.03.15.中空注漿錨桿/錨索施工工藝 5.1 中空注漿錨索施工工藝 （一）中空注漿錨索運(yùn)輸要求 根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途在中空注漿錨索運(yùn)輸過程中，應(yīng)滿足以下要求；（1） 在裝卸車過程中，應(yīng)小心輕放，以免損壞錨索尾部螺紋。（2） 在運(yùn)輸過程中應(yīng)保持錨索表面清潔，避免錨索粘滿泥、灰、煤粉、油和水影響錨索與樹脂和注漿液體的粘結(jié)效果。（3） 錨索可以適當(dāng)彎曲，但彎曲半徑不能小于500mm，彎曲半徑太小容易造成錨索注漿管折曲、變形，在注漿過程中形成大的阻力。（二） 鉆注漿錨索孔（1） 使用單體頂板錨桿鉆機(jī)或者支腿式幫錨桿鉆機(jī)按設(shè)計(jì)位置鉆頂板和幫錨索孔。（2） 鉆頂板巖石孔應(yīng)采用32金剛石鉆頭、鉆兩幫錨索孔應(yīng)采用32合金鉆頭。鉆孔按打樹脂錨索孔施工技術(shù)要求進(jìn)行。鉆孔深度小于注漿錨索長度5cm。（3） 鉆孔時(shí)應(yīng)注意：幫或頂較破碎的地方，要將碎體放下來，清理出打孔位置，同時(shí)也便于封孔和控制打孔深度。（三） 安裝注漿錨索及封孔（1） 錨索安裝前，應(yīng)先安裝止?jié){塞到錨索尾部，當(dāng)孔口破碎成喇叭口形狀時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)乩p繞棉紗。（2） 用中空注漿錨索把1卷CK2860樹脂錨固劑推入鉆孔，邊推進(jìn)邊攪拌，按兗礦煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范安裝樹脂錨索的技術(shù)要求進(jìn)行安裝。（3） 檢查封孔質(zhì)量，如果止?jié){塞周圍存在空隙，用棉紗塞緊，根據(jù)封孔位置距巷道面的距離選用 合適長度的505的鋼管，用錨索托盤壓住，上緊錨索螺母，施加不低于120kN的預(yù)緊力矩。（4） 最后檢查錨索托盤是否緊貼巖面，如果錨索螺紋緊固到底但托盤仍沒有緊貼巖面須在托盤內(nèi)加墊木托盤。（四） 設(shè)備安裝（1） 注漿設(shè)備到最遠(yuǎn)處注漿錨索的位置應(yīng)在10米以內(nèi)。（2） 將注漿泵和攪拌器裝配起來，連接風(fēng)、水管路和注漿器。用清水將攪拌桶沖洗干凈，嚴(yán)禁桶內(nèi)有雜物、硬塊等。（3） 油壺內(nèi)加滿油，向攪拌桶內(nèi)加入少量水，并慢慢開風(fēng)，對攪拌器和注漿泵進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。（4） 在確保攪拌器和注漿泵正常運(yùn)行，注漿泵注出的水有足夠的壓力，且各種管路和開關(guān)連接無誤的情況下，可以進(jìn)行攪拌注漿液。（五）配料（1） 向攪拌桶內(nèi)注入清水，根據(jù)一次注漿孔的數(shù)量確定水量，水灰比為1:3加入水泥，同時(shí)加水泥8%的ACZI注漿添加劑。（2） 開動(dòng)攪拌機(jī)，開始時(shí)速度較慢，向桶內(nèi)加入525#水泥，邊加入邊攪拌。水泥須慢慢加入，并不斷攪拌，避免大量水泥到入桶內(nèi)，影響攪拌質(zhì)量和效果。（3） 若出現(xiàn)攪拌機(jī)攪不動(dòng)的情況，此時(shí)可關(guān)閉攪拌機(jī)，把大的水泥塊破碎，然后再開攪拌機(jī)。注意：攪拌機(jī)工作期間，不得將手伸入桶內(nèi)，以免受傷。（4） 按規(guī)定的水灰比配好漿液，攪拌均勻，使水泥水化后即可注漿。（5） 根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況配料，避免出現(xiàn)注漿孔還未注滿就沒料或者配料過多而用不完等情況發(fā)生。 （六） 注漿（1） 卸下錨索尾部的絲堵，連接注漿器到錨索尾部內(nèi)螺紋上，慢慢扭緊注漿器，檢查與注漿泵連接的注漿管是否暢通。（2） 啟動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿，開始速度要慢些，并邊攪拌邊注漿，注漿時(shí)攪拌速度可慢一些。（3） 在注漿過程中，當(dāng)聽到注漿泵發(fā)出一種沉悶聲音時(shí)，表明注漿泵壓力已達(dá)到最大（7MPa）,可關(guān)閉注漿泵，等待23分鐘再注漿。（4） 當(dāng)錨索托盤周圍出漿或錨索周圍的裂隙、錨桿孔出漿時(shí)，表明已注滿，停止注漿。（5） 注漿過程中每個(gè)鉆孔應(yīng)一次性注滿，若中途停滯時(shí)間超過2分鐘，將會(huì)堵塞注漿管。（6） 卸下注漿器，擰緊錨索尾部絲堵。連接下一錨索，重復(fù)以上過程。（7） 注漿時(shí)，錨索下方和兩側(cè)45內(nèi)嚴(yán)禁站人，以免出現(xiàn)意外。（七）清洗設(shè)備（1） 注漿結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)徹底地清洗設(shè)備是非常重要的。很多情況下注漿出現(xiàn)的問題和設(shè)備出現(xiàn)的損壞都是因?yàn)榍逑床缓迷O(shè)備造成的。（2） 注漿結(jié)束后，用清水和鋼絲刷將攪拌桶內(nèi)清洗干凈，。（3） 向桶內(nèi)加入清水，開動(dòng)注漿泵，將泵內(nèi)殘留漿液沖洗出來。（4） 關(guān)閉風(fēng)源，以免誤操作使設(shè)備空載運(yùn)行。（5） 注漿一段時(shí)間后，應(yīng)將注漿泵吸漿管卸下，沖洗干凈并抹上油，再重新裝好，防止吸將管堵塞。（八） 注意事項(xiàng)新型錨注錨索井下安裝施工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）注意掌握好鉆孔深度；（2）注意漿液的粘稠度；（3）注意隨時(shí)觀察注漿壓力；（4）注意隨時(shí)觀察是否有漏漿跑漿現(xiàn)象；（5）伸開盤起的錨索時(shí)，注意控制其彈性，以避免突然彈開受傷。6 實(shí)例開灤呂家坨煤礦5383工作面軌道集中巷錨注支護(hù)6.1 5383軌道集中巷地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件6.1.1 概述5383集中軌道巷設(shè)計(jì)施工長度212m，加固段為軌道集中巷上端25m長的巷道。巷道服務(wù)年限為兩年。軌道集中巷資料采用5383工作面掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程及現(xiàn)場觀測情況。83783720016175里軌道巷6175外軌道巷5370.1工作面采空區(qū)皮帶機(jī)頭硐室設(shè)備列車硐室10度集中軌道巷 208米掘進(jìn)回風(fēng)眼60米5325運(yùn)輸橫川溜煤井深度 約33米外軌道巷 75米3908003910003912009160091800加固地點(diǎn)圖6.1 巷道平面布置圖5383工作面位于.800水平三采，與5375相鄰且在其傾斜下方。5383工作面東以設(shè)計(jì)切眼為界，西以設(shè)計(jì)集中軌道巷為界，上以設(shè)計(jì)軌道巷為界，下以設(shè)計(jì)皮帶巷為界。5383工作面位于5375和5373工作面傾斜上方，兩工作面均為7、8煤層合區(qū)且于2001年、2002年回采完畢。工作面傾斜下方的6171工作面里部的部分8煤層已同七煤層聯(lián)合采出；上覆5377工作面于2005年回采完畢。5383工作面外部為單八煤層，里部為七、八煤層合區(qū)。下覆9煤層的5393工作面和12煤層的5321、5323工作面已于2004、2005、2006年回采完畢，5325工作面正在回采。6.1.2煤層賦存情況及頂?shù)装迩闆r5383工作面八煤層為較穩(wěn)定中厚煤層，煤厚在1.6.2.2米之間，平均為1.92米，黑色，半亮型，中硬。7、8煤層間距在0.4.4.1米之間，平均2.8米，由外向里逐漸變小，7煤層平均厚度3.9米，與7S.1的平均間距3.4米。8煤層傾角1216，平均14。8s7s煤層間距為2.8米，8s9s煤層間距為8.3米。煤層頂?shù)装迩闆r頂?shù)装迕Q巖石名稱厚度（M）抗壓強(qiáng)度（KPa）抗拉強(qiáng)度（KPa）7煤層老頂中砂巖8.077.093.2413直接頂粉砂巖3.277.093.2413偽頂泥巖0.2直接底泥巖中砂巖2.859.452.20868煤層直接頂泥巖中砂巖2.859.452.2086直接底細(xì)砂巖或中砂巖2.382.823.6360老底粉砂巖658.482.78526.1.3現(xiàn)有支護(hù)情況圖6.2 10.4平方拱形支架巷道聯(lián)合支護(hù)圖采用金屬拱型支架為永久支護(hù)，支護(hù)材料為25U10.4金屬拱型支架，棚間距600mm。頂部鋪設(shè)8m*0