寧東礦區(qū)軟巖支護(hù)設(shè)計及應(yīng)用

1、神華集團(tuán)第蘭屆礦長大會論文集技術(shù)篇寧東礦區(qū)軟巖支護(hù)設(shè)計及應(yīng)用馮茂龍李逵吳國勝(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)，寧夏銀川，750011)摘要針對具體礦區(qū)的復(fù)雜地質(zhì)條件，對支護(hù)設(shè)計、支護(hù)理論、支護(hù)方法、支護(hù)材料以及 施工工藝等進(jìn)行系統(tǒng)的技術(shù)研究與試驗(yàn)，通過現(xiàn)場巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試及評估、錨桿預(yù)應(yīng) 力影響因素的理論分析與井下試驗(yàn)、復(fù)雜困難巷道錨桿支護(hù)設(shè)計、支護(hù)材料的設(shè)計與優(yōu)化、 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索施工機(jī)具的優(yōu)選、井下試驗(yàn)與礦壓監(jiān)測等技術(shù)手段，提出控制軟巖的支護(hù)理論體系。關(guān)鍵詞 寧東礦區(qū)；軟巖；支護(hù)O前言近年來，隨著寧東礦區(qū)各礦井的開發(fā)建設(shè)，回采巷道斷面不斷增大，巷道圍巖為泥巖或泥質(zhì)膠結(jié) 的砂巖，屬于軟巖，遇水膨脹松

2、軟，直接頂板屬于復(fù)合類結(jié)構(gòu)特征。在大跨度、軟巖、水患、動壓耦 合的作用下使得巷道支護(hù)難度、巷道變形破壞控制的技術(shù)要求明顯增加。由于沒有對大跨度、軟巖巷 道變形破壞機(jī)理進(jìn)行全面、系統(tǒng)的研究，巷道變形與破壞嚴(yán)重，需要進(jìn)行多次維修，同時還發(fā)生多次 冒頂事故，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。因此，寧煤礦區(qū)巷道支護(hù)綜合技術(shù)研究是急需進(jìn)行的重大課題。煤礦巷道支護(hù)經(jīng)歷了木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)到錨桿支護(hù)的漫長過程。多年來國內(nèi)外的實(shí)踐 經(jīng)驗(yàn)表明，錨桿支護(hù)是煤巷唯一經(jīng)濟(jì)、有效的支護(hù)技術(shù)。與棚式支架支護(hù)相比，錨桿支護(hù)顯著提高了 巷道支護(hù)效果，降低了巷道支護(hù)成本，減輕了工人勞動強(qiáng)度。更重要的是錨桿支護(hù)大大簡化了采煤工 作面端頭

3、支護(hù)和超前支護(hù)工藝，改善了作業(yè)環(huán)境，保證了安全生產(chǎn)，為采煤工作面的快速推進(jìn)創(chuàng)造了 良好條件。目前，錨桿支護(hù)技術(shù)已在國內(nèi)外得到普遍應(yīng)用，是煤礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效必不可少的關(guān)鍵技術(shù) 之一。盡管我國錨桿支護(hù)技術(shù)研究已經(jīng)取得一定成果，但在復(fù)雜困難巷道中還存在很多問題，不能完全 滿足安全生產(chǎn)的要求。歸納起來，主要存在以下問題：(1)巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，包括地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)是錨桿支護(hù)設(shè)計的重要基礎(chǔ)參數(shù)， 是保證錨桿支護(hù)合理、有效、可靠、安全的前提條件。但是，目前我國僅有少數(shù)煤礦進(jìn)行了比較全 面、系統(tǒng)的測試工作，大多數(shù)煤礦缺乏錨桿支護(hù)設(shè)計必須的基礎(chǔ)參數(shù)，設(shè)計的合理性與可靠性無法 保證。(2)高強(qiáng)度錨桿與錨

4、索支護(hù)在一般條件下支護(hù)效果良好，綜合效益顯著。但在復(fù)雜困難巷道， 支護(hù)效果差，巷道變形與破壞劇烈，需要多次維修與翻修。不僅支護(hù)成本高，掘進(jìn)速度低，而且會帶 來很多安全隱患，嚴(yán)重制約采煤工作面的快速推進(jìn)和礦井產(chǎn)量和效益的提高。(3)對錨桿支護(hù)系統(tǒng)剛度的重要性認(rèn)識不足。錨桿預(yù)應(yīng)力小，預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)差，支護(hù)剛度低，1Q7，、麓、?一-?，、4藏精細(xì)管理蒸科學(xué)發(fā)震加快神華安全離效礦井建設(shè)。二i；：-_-_-··ji-；-_-，。，。，。，。，。，-，-。一 。 一一，+、致使錨桿主動支護(hù)作用不能發(fā)揮，實(shí)質(zhì)上是被動支護(hù)，不能有效控制圍巖早期離層與破壞，圍巖強(qiáng)度 與完整性喪失過大，導(dǎo)致

5、頂板下沉、兩幫鼓出。(4)在復(fù)雜困難巷道，均出現(xiàn)不同程度的錨桿被拉斷、剪斷和彎曲斷裂的現(xiàn)象，表明錨桿強(qiáng)度 偏低，受力狀態(tài)不佳，材質(zhì)和結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步改善。(5)對組合構(gòu)件(鋼筋托梁、鋼帶)在錨桿支護(hù)系統(tǒng)中的重要作用認(rèn)識不足。組合構(gòu)件的強(qiáng)度、 剛度、護(hù)表面積不夠。在巷道變形量大的地段經(jīng)常出現(xiàn)組合構(gòu)件被剪斷、壓穿等現(xiàn)象，支護(hù)效果受到 嚴(yán)重影響。(6)4,TL徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索在復(fù)雜困難巷道中暴露出許多弊端：索體直徑偏小，與鉆孔直徑(28 mm)不匹配，孑L徑差過大，明顯影響樹脂錨固力，易出現(xiàn) 錨固端滑動現(xiàn)象；索體破斷載荷較小，與高強(qiáng)度錨桿的拉斷載荷相當(dāng)，錨索錨固力大、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)不能 體現(xiàn)，而

6、且在高地應(yīng)力、受采動和地質(zhì)構(gòu)造影響的巷道中經(jīng)常出現(xiàn)錨索拉斷現(xiàn)象；索體延伸率低，不能適應(yīng)圍巖的大變形；由于索體強(qiáng)度低，施加的預(yù)應(yīng)力水平也比較低，導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力作用范圍小，控制圍巖離層、滑動的作用差。當(dāng)錨索比較長時尤為如此。(7)由于錨桿、錨索強(qiáng)度和剛度偏低，不得不增加錨桿支護(hù)密度，導(dǎo)致單位面積上錨桿、錨索 數(shù)多，間排距小，嚴(yán)重影響巷道掘進(jìn)速度，造成采掘接續(xù)緊張。綜上所述，現(xiàn)有錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足復(fù)雜困難巷道支護(hù)要求。單純依靠增加支護(hù)密 度，不僅不能解決實(shí)質(zhì)性問題，而且顯著影響巷道掘進(jìn)速度。因此，有必要針對具體礦區(qū)的復(fù)雜困難 巷道條件，開展全面、系統(tǒng)的支護(hù)理論、設(shè)計方法、支護(hù)材料、施工工藝

7、等技術(shù)的研究與試驗(yàn)，從根 本上改變巷道支護(hù)狀況，實(shí)現(xiàn)高效、安全支護(hù)。1項目研究的主要內(nèi)容(1)現(xiàn)場調(diào)查與巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試及評估。在井下選擇有代表性的地點(diǎn)進(jìn)行地應(yīng)力、圍巖 強(qiáng)度與圍巖結(jié)構(gòu)測試，獲得必要的基礎(chǔ)參數(shù)，為支護(hù)設(shè)計提供可靠的基礎(chǔ)。(2)錨桿預(yù)應(yīng)力影響因素的理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與井下試驗(yàn)；錨桿預(yù)應(yīng)力對巷道支護(hù)效果影 響的理論分析與數(shù)值模擬研究，確定合理的錨桿預(yù)應(yīng)力取值范圍。(3)復(fù)雜困難巷道錨桿支護(hù)設(shè)計。根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，確定合理的錨桿支護(hù)形式與參數(shù)。(4)錨桿支護(hù)材料，包括錨桿及附件，樹脂錨固劑，鋼帶，錨索及附件等支護(hù)構(gòu)件的設(shè)計與優(yōu)化。(5)預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索施工機(jī)具的優(yōu)選，包括

8、錨桿大扭矩扳手，錨索預(yù)應(yīng)力施加設(shè)備等，以滿足設(shè)計要求。(6)井下試驗(yàn)與礦壓監(jiān)測。在棗泉煤礦東翼采區(qū)和西翼采區(qū)各選擇一條示范巷道進(jìn)行井下試驗(yàn)。 包括井下施工、施工工藝優(yōu)化、礦壓監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理與支護(hù)效果評價等。2研究的目標(biāo)(1)巷道跨度大，要求支護(hù)的形式、參數(shù)有別于小跨度巷道，需要建立圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，通 過合理支護(hù)手段，達(dá)到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。(2)針對復(fù)雜困難巷道，特別是受二次、多次動壓影響的巷道，提出有效的支護(hù)形式與參數(shù)，1()8神華集團(tuán)第蘭屆礦長大會論文集技術(shù)篇一提高巷道支護(hù)效果，杜絕冒頂事故發(fā)生。 (3)通過巷道布置優(yōu)化，合理確定工作面之間保護(hù)煤柱尺寸，以提高采區(qū)采出率； (4)在工作面開采過

9、程中風(fēng)巷超前段巷道圍巖變形強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，應(yīng)研究并提出有效的巷道超前支護(hù)加固形式。(5)含水層對頂?shù)装逵绊懘螅捎诠ぷ髅孀呦蜷L度達(dá)到30005000 m，巷道掘進(jìn)、維護(hù)時間較 長，頂板水對頂板的軟化作用明顯，研究水與巖層的相互作用機(jī)理，找到防治水患的有效措施是至關(guān) 重要的。3實(shí)施方案31巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試與評估巷道圍巖是一個極其復(fù)雜的地質(zhì)體。與其他工程材料相比，它具有兩大特點(diǎn)：其一是巖體內(nèi)部含 有各種各樣的不連續(xù)面，如節(jié)理、裂隙等，這些不連續(xù)面顯著改變了巖體的強(qiáng)度特征和變形特征，致 使巖塊與巖體的強(qiáng)度相差懸殊；其二是巖體含有內(nèi)應(yīng)力，地應(yīng)力場的大小和方向都顯著影響著圍巖的 變形和破壞。

10、因此，一切與圍巖有關(guān)的工作，如巷道布置、巷道支護(hù)設(shè)計，特別是錨桿支護(hù)設(shè)計，都 離不開對圍巖地質(zhì)力學(xué)特征的充分了解。為了解決上述問題，煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計研究分院開 發(fā)研制了小孔徑水壓致裂地應(yīng)力測量儀、井下巷道圍巖強(qiáng)度測定裝置，以及電子鉆孔窺視儀，形成了 一套巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速測試系統(tǒng)，可快速、準(zhǔn)確地獲得地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度和圍巖結(jié)構(gòu)等地質(zhì)力學(xué) 參數(shù)。本設(shè)計采用煤礦井下巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速測試系統(tǒng)，進(jìn)行地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度與圍巖結(jié)構(gòu)測量， 根據(jù)支護(hù)設(shè)計需要，確定測試工作量見表l。表1巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速測試工作量測試內(nèi)容 測量方法鉆孔數(shù)量鉆孔位置鉆孔深度m鉆孔直徑mm備注 地應(yīng)力水壓致裂8 頂板2

11、0 56圍巖強(qiáng)度鉆孔觸探16頂板與煤幫1056研究地點(diǎn)各4個測站圍巖結(jié)構(gòu)鉆孔窺視8頂板7 2832錨桿支護(hù)設(shè)計的原則根據(jù)錨桿支護(hù)與圍巖的相互作用，以及復(fù)雜困難巷道的特點(diǎn)，提出以下支護(hù)設(shè)計原則： (1)一次支護(hù)原則。錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)，以及巷道維修。一方面，是礦井實(shí)現(xiàn)高效、安全生產(chǎn)的要求，就回采巷道而言，要實(shí)現(xiàn)采煤工作面的 快速推進(jìn)，服務(wù)于回采工作面應(yīng)在使用期限內(nèi)保持穩(wěn)定，基本不需要維修。另一方面，是由錨桿支護(hù) 本身的作用原理決定的。巷道圍巖一旦揭露立即進(jìn)行錨桿支護(hù)效果最佳，而在已發(fā)生離層、破壞的圍 巖中安裝錨桿，支護(hù)效果會受到顯著影響。(2)高預(yù)應(yīng)力

12、和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護(hù)為被動支 護(hù)還是主動支護(hù)的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動支護(hù)，才能充分發(fā)揮支護(hù)作用。一 方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過托板、鋼帶等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力 的擴(kuò)散，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度，保持其完整性。 109 i一、r。毒?；蟆?，；囊三藿蠢l：I一|蔓塑塑璧霎鏊墨堂壟墨墊墊塑堡室全壹塾笙苧堡堡 一(3)“三高一低”原則。即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。在提高錨桿強(qiáng)度(如 加大錨桿直徑或提高桿體材料的強(qiáng)度)、剛度(提高錨桿預(yù)應(yīng)力、加長或全長錨固)，保證支護(hù)系統(tǒng) 可靠性

13、的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。(4)臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則。錨桿支護(hù)系統(tǒng)存在臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度，如果支護(hù)強(qiáng)度與剛度 低于臨界值，巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。因此，設(shè)計錨桿支護(hù)系 統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度應(yīng)大于臨界值。(5)相互匹配原則。錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等參數(shù)以及錨桿和錨索的參數(shù)與力學(xué) 性能相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。(6)可操作性原則。提供的錨桿支護(hù)設(shè)計應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的 提高。(7)在保證巷道支護(hù)效果和安全程度、技術(shù)上可行、施工上可操作的條件下，做到經(jīng)濟(jì)合理，有利于降低巷道支護(hù)

14、綜合成本。33數(shù)值模擬設(shè)計(1)確定巷道的位置與布置方向。 (2)根據(jù)運(yùn)輸設(shè)備尺寸、通風(fēng)、行人要求和巷道圍巖變形預(yù)留量，設(shè)計合理的巷道斷面形狀與尺寸。(3)根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，確定模型模擬范圍、模型網(wǎng)格及邊界條件，選擇合理的模擬圍巖和支護(hù)體的力學(xué)模型。(4)根據(jù)模擬對象確定模擬方案。包括無支護(hù)巷道，不同巷道軸向與最大水平主應(yīng)力方向夾角， 不同煤柱尺寸護(hù)巷，不同錨桿直徑、長度、強(qiáng)度和支護(hù)密度，及有無錨索，錨索密度、長度、強(qiáng) 度等。(5)分析巷道圍巖變形與破壞的特征，地應(yīng)力大小與方向，煤柱尺寸對圍巖穩(wěn)定性的影響，錨 桿、錨索支護(hù)密度、直徑、長度和強(qiáng)度等參數(shù)對支護(hù)效果的影響。通過多方案比較，最后

15、選擇有效、 經(jīng)濟(jì)、便于施工的支護(hù)方案。34錨桿支護(hù)形式與參數(shù)錨桿支護(hù)形式與參數(shù)主要包括以下內(nèi)容： 錨桿種類(螺紋鋼錨桿，圓鋼錨桿，其他錨桿)；錨桿幾何參數(shù)(直徑、長度)；錨桿力學(xué)參數(shù)(屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率)；錨桿密度(即錨桿間、排距)；錨桿安裝角度；鉆孑L直徑；錨固方 式(端部錨固，加長錨固，全長錨固)和錨固長度；錨桿預(yù)緊力矩或預(yù)應(yīng)力；鋼帶形式、規(guī)格和強(qiáng) 度；金屬網(wǎng)形式、規(guī)格和強(qiáng)度；錨索種類；錨索幾何參數(shù)(直徑、長度)；錨索力學(xué)參數(shù)(抗拉強(qiáng) 度、延伸率)；錨索密度(即錨索間、排距)；錨索安裝角度；錨索孔直徑，錨固方式和錨固長度； 錨索預(yù)緊力；錨索組合構(gòu)件形式、規(guī)格和強(qiáng)度。341錨桿支護(hù)構(gòu)

16、件設(shè)計與優(yōu)選 錨桿支護(hù)材料包括桿體、托板、螺母、錨固劑、組合構(gòu)件、金屬網(wǎng)、錨索等。支護(hù)材料在錨桿支護(hù)技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用。性能優(yōu)越的支護(hù)材料是充分發(fā)揮錨桿支護(hù)效果與保證巷道安全的必要前提。· 110 ·神華集團(tuán)第三屆礦長大會論文集技術(shù)篇342錨桿及附件(1)錨桿桿體材質(zhì)。目前，國內(nèi)常用的錨桿鋼筋有4個級別，其力學(xué)性能見表2。為了提高單根錨桿的支護(hù)載荷，降 低支護(hù)密度，應(yīng)盡量采用屈服強(qiáng)度不小于400 MPa的鋼材。表2螺紋鋼錨桿鋼筋的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長率屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長率 牌號公稱直徑MPaMPa牌號公稱直徑MPaMPa不小于不小于BHRB335162233

17、549018BHRB5001625500670 18BHRB加0162240057018BHRB6001625600800 18本設(shè)計采用錨桿桿體為左旋無縱筋500號螺紋鋼。頂錨桿桿體公稱直徑22 IBm，錨桿長度24 m。 (2)錨桿桿體幾何形狀與尺寸。 錨桿桿體形狀設(shè)計的準(zhǔn)則有4方面：在合理孑L徑差的條件下，保證桿體能順利插入鉆孔；有利于提高錨固劑的黏結(jié)力與錨桿錨固效果；盡量使桿體各個部位等強(qiáng)度；桿體尾部有利于施加較大的預(yù)應(yīng)力。我國普遍采用的螺紋鋼錨桿桿體主要有以下3種形式：普通建筑螺紋鋼桿體，右旋全螺紋鋼桿體 及左旋無縱筋螺紋鋼桿體。其中左旋無縱筋螺紋鋼桿體是基本滿足桿體形狀設(shè)計四準(zhǔn)則的

18、比較理想的 錨桿桿體(圖1)。本設(shè)計采用的即是這種形狀的桿體。拜NN NIfLfLll垃丑業(yè)ll衛(wèi)丑|l|1 li|k 0圇奠。匿覆n1鞠1哪|_一一L1一一圖1左旋無縱筋螺紋鋼錨桿桿體結(jié)構(gòu)(3)錨桿托板與減摩墊圈。 錨桿托板的作用主要有兩方面：一是通過螺母施加扭矩，壓緊托板給錨桿提供預(yù)應(yīng)力，并使預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散；二是圍巖變形后載荷作用于托板，通過托板將載荷傳遞到錨桿桿體，增大錨桿工作阻力，進(jìn)而控制圍巖變形。對托板的技術(shù)要求：托板的承載能力應(yīng)與桿體相匹配；托板應(yīng)有一定的變形能力，當(dāng)載荷 較大時可壓縮，不致脆裂、失效；托板應(yīng)有一定的面積，有利于錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散；托板應(yīng)有 一定的調(diào)心能力，避免錨桿受偏載

19、而降低支護(hù)能力。托板的強(qiáng)度與鋼板厚度、材質(zhì)、形狀及加工工藝等有關(guān)。拱形托板(圖2)具有良好的力學(xué)性能，同時托板可調(diào)心，能夠滿足不同錨桿安裝角度的需要。本設(shè)計選用的即拱形托板。為了減少螺母與托盤之間的摩擦阻力和摩擦扭矩，最大限度地將錨桿安裝扭矩轉(zhuǎn)化為預(yù)應(yīng)力，提高支護(hù)系統(tǒng)的剛度，可在螺母與托板之間加減摩墊圈，減少摩擦阻力。 111哥、吼，一精細(xì)管理_·i：-_·_-_-_-_-_-。-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-H_H-_-_-。q_q_t一科學(xué)發(fā)展加快神華安全高效礦并建設(shè)÷，_肜余巡杉8圖2拱形托板343樹脂錨固劑樹脂錨固劑黏結(jié)強(qiáng)度大，固化快，安全可

20、靠性高，已廣泛應(yīng)用于煤巷錨桿支護(hù)。作為錨桿的錨固材料，對樹脂錨固劑有以下技術(shù)要求： (1)錨固劑固化后有較高的黏結(jié)力，保證錨桿有足夠的錨固力。 (2)錨固劑固化后有較高的變形模量，使錨桿錨固段有較高的剛度。 (3)錨固劑固化快，滿足快速安裝的要求。同時，固化時間可調(diào)，滿足加長、全長錨固的要求。 (4)錨固劑固化后收縮率低。(5)錨固劑應(yīng)有利于鉆孔中的安裝和攪拌。根據(jù)上述要求，選擇合理的樹脂錨固劑類型與尺寸，確保錨桿錨固效果。344W鋼護(hù)板采用寬280 mm，厚5 mm，長度450 mill的w型鋼護(hù)板作為幫托板。345組合構(gòu)件組合構(gòu)件是將錨桿、錨索組合在一起，共同支護(hù)圍巖的部件。組合構(gòu)件可分為

21、3種：第一種是鋼 帶，按斷面形狀分為平鋼帶、w鋼帶及其他形狀的鋼帶；第二種是鋼筋托梁；第三種是鋼梁，如槽 鋼、扁鋼，主要用于錨索組合。(1)平鋼帶。平鋼帶由一定厚度和寬度的鋼板制成，截面形狀為矩形。鋼帶上布置圓形或橢圓形孔，以便安裝錨桿。平鋼帶結(jié)構(gòu)如圖3所示。 平鋼帶具有以下特點(diǎn)：護(hù)表面積比較大，有一定的破斷強(qiáng)度和支護(hù)頂板的能力。加工簡單，質(zhì)量比較小，成本比較低?？箯潉偠刃?，控制圍巖變形的能力較差。厚度比較小，巷道壓力大時托板容易壓入或壓穿鋼帶，出現(xiàn)剪切和撕裂破壞，導(dǎo)致鋼帶失效。(2)鋼筋托梁。鋼筋托梁是用鋼筋焊接而成的組合構(gòu)件(圖4)。按材質(zhì)可分為圓鋼托梁和螺紋 112 ·神華集團(tuán)

22、第三屆礦長大會論文集技術(shù)篇一一爿厶1一 o一 一一一一厶一， 、， 、，一 、廠 、 一鋼帶長度；B一鋼帶寬度；to一鋼帶端距；L1一鋼帶孔間距；d一鋼帶孔直徑；卜一鋼帶厚度圖3平鋼帶結(jié)構(gòu)L一托梁長度；曰一托梁寬度；Lo一托梁端距；L1一托架間距；L2一托架寬度圖4鋼筋托梁結(jié)構(gòu)鋼托梁；按錨桿安裝部位結(jié)構(gòu)分為鋼筋式托梁和鋼板式托梁，鋼筋式托梁在錨桿安裝部位焊接兩根短的橫筋，鋼板式托梁在錨桿安裝部位焊接一塊帶孔的鋼板。鋼筋托梁的突出優(yōu)點(diǎn)：加工簡單，成本低，質(zhì)量小，使用方便，因此得到比較廣泛的應(yīng)用。同時，鋼筋托梁存在以下明顯的弊端：鋼筋托梁采用焊接加工，整體力學(xué)性能差，焊接處容易開裂。托梁寬度、護(hù)表

23、面積小，作用差，而且鋼筋與圍巖表面為線接觸，不利于錨桿預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散和 擴(kuò)大錨桿作用范圍。托梁強(qiáng)度低，組合作用差。托梁剛度小，控制圍巖變形的能力差。 (3)w鋼帶。w型鋼帶是用薄鋼板經(jīng)多道軋輥連續(xù)進(jìn)行冷彎、滾壓成型的型鋼產(chǎn)品，如圖5所示。w鋼帶的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：護(hù)表面積大，護(hù)表作用強(qiáng)。強(qiáng)度比較高，組合作用強(qiáng)。剛度大，抗彎性能好，控制圍巖變形的能力強(qiáng)。w鋼帶的主要缺點(diǎn)：當(dāng)鋼帶較薄、巷道壓力大時，易出現(xiàn)托板壓入或壓穿鋼帶，導(dǎo)致鋼帶發(fā)生 剪切和撕裂破壞。綜上所述，在復(fù)雜困難巷道中，錨桿組合構(gòu)件應(yīng)盡量采用w型鋼帶，以提高巷道支護(hù)效果。 113 。_二，“一零漆過。j囊一羹。?巴鱟塑篁妻鑒：壁蘭壟墨墊堡

24、塑竺室全壹塾笙莖堡塑 一。一一卅一厶一1一L1一o一， 、，一 、， 、廠 、 一一圖5W鋼帶346錨索 小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索材料主要包括索體、錨具、托板。(1)錨索索體。4,TL徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索索體材料采用鋼絞線。作為錨索索體，對鋼絞線有以下要求：鋼絞線應(yīng)有較大的破斷載荷，以發(fā)揮錨索承載能力大的特點(diǎn)。鋼絞線具有較大強(qiáng)度的同時應(yīng)具有一定的延伸率，保證在一定變形量下不破斷。鋼絞線的直徑應(yīng)與鉆孑L直徑匹配，保證錨索的錨固力。鋼絞線應(yīng)有一定的柔性。井下使用時可彎曲插入鉆孔，又能與鉆機(jī)連接，攪拌樹脂藥卷進(jìn)行錨固。小孔徑樹脂錨固錨索在應(yīng)用初期，由于沒有煤礦專用錨索鋼絞線，只能選用建筑行業(yè)已有的鋼

25、絞 線規(guī)格，較為廣泛采用的鋼絞線是由7根4,5 mm的鋼絲組成，直徑1524 mm。在井下使用過程中， 發(fā)現(xiàn)直徑1524 1Tim的錨索有以下弊端：索體直徑偏小，與鉆孑L直徑(28 mm)不匹配，孑L徑差過大，明顯影響樹脂錨固力，易出現(xiàn)錨固端滑動現(xiàn)象。索體破斷載荷較小，與高強(qiáng)度錨桿的拉斷載荷相當(dāng)，錨索的特點(diǎn)不能體現(xiàn)，而且在高地應(yīng)力、 受采動和地質(zhì)構(gòu)造影響的巷道中經(jīng)常出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象。索體延伸率低，不能適應(yīng)圍巖的大變形。由于索體強(qiáng)度低，因此施加的預(yù)應(yīng)力水平也比較低，導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力作用范圍小，控制圍巖 離層、滑動的作用差。當(dāng)錨索較長時尤為如此。針對上述問題，要選擇大直徑、高噸位的錨索，因此錨索索體直徑

26、從1524 mm增加到18 mm、20 mill，最大可達(dá)22 mm。對于寧東礦區(qū)復(fù)雜困難巷道，應(yīng)采用直徑不小于178 mm的錨索。 (2)錨具。錨索所用錨具為瓦片式，可承受動、靜荷載。錨具由錨環(huán)和錨塞組成，錨具應(yīng)與錨 114 神華集團(tuán)第三屆礦長大會論文集技術(shù)篇索索體相匹配。(3)錨索托板。錨索托板有多種形式。最常用的是平托板，由一定厚度和面積(如300 mm X 300 mm X 16 mm)的普通鋼板制成。另一種是采用一段槽鋼(如12號、14號槽鋼)制成。有的煤礦 還采用工字鋼或廢舊中部槽制作錨索托板。這幾種托板只適用于錨索垂直巷道表面布置，而且力學(xué)性 能差。當(dāng)錨索預(yù)應(yīng)力和承受的載荷比較大

27、時，平托板四周易翹起，托板承載顯著降低；槽鋼托板易變 形、扭曲，甚至壓穿槽鋼，使錨索失效。錨索應(yīng)采用拱形托板，并配調(diào)心球墊。一方面，托板的承載能力顯著提高，與大直徑錨索強(qiáng)度相 匹配，且具有一定的變形性；另一方面，托板可調(diào)心，改善錨索受力狀態(tài)，使錨索支護(hù)能力得以充分 發(fā)揮。347預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索施工機(jī)具優(yōu)選(1)預(yù)應(yīng)力錨桿氣動與液壓扳手優(yōu)選。提高錨桿預(yù)應(yīng)力主要有兩種方法：一是提高錨桿螺母的 擰緊力矩；二是采用錨桿張拉器，類似于錨索給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力。第二種方法不適合煤巷錨桿 快速支護(hù)。提高錨桿螺母擰緊力矩的方法：采用大扭矩的錨桿鉆機(jī)；安裝錨桿時在鉆機(jī)上采用扭矩倍 增器增加錨桿螺母的擰緊力矩；

28、采用扭矩扳手。扭矩扳手輕便、靈活，本設(shè)計擬采用扭矩倍增器達(dá)到 400 N·m以上。(2)預(yù)應(yīng)力錨索張拉設(shè)備優(yōu)選。預(yù)應(yīng)力錨索在安裝過程中應(yīng)施加較大的預(yù)應(yīng)力。目前有各種型 式與規(guī)格的錨索張拉設(shè)備，需根據(jù)錨索直徑、設(shè)計的預(yù)緊力，優(yōu)選合適的張拉設(shè)備，預(yù)緊力達(dá)180 kN。4井下試驗(yàn)根據(jù)以上選型，寧煤集團(tuán)在棗泉煤礦、羊場灣煤礦和清水營煤礦幾條回采巷道進(jìn)行試驗(yàn)。41施工機(jī)具施工機(jī)具采用單體液壓(或風(fēng)動)錨桿鉆機(jī)鉆裝頂錨桿和錨索。配套B19型中空釬桿、+28 mill雙翼鉆頭。用煤電鉆(或風(fēng)鉆)鉆裝幫錨桿。42施工工藝和技術(shù)要求施工工序包括掘進(jìn)和支護(hù)兩大部分，巷道頂板支護(hù)的施工工藝流程：機(jī)掘一打掉

29、危巖出煤一鋪金 屬網(wǎng)_托上w鋼帶一臨時支護(hù)_鉆頂板中部錨桿孔_清孔一安裝樹脂藥卷和錨桿_用錨桿機(jī)攪拌樹 脂藥卷至規(guī)定時間一停止攪拌并等待l min左右一安裝其他頂板錨桿。兩幫錨桿施工工藝：鉆孔、清孑L一安裝樹脂藥卷和錨桿一攪拌樹脂藥卷_÷等待l min左右一鋪金屬網(wǎng)_托上幫托板_擰緊螺母_安裝其他幫錨桿。 錨索應(yīng)緊跟掘進(jìn)工作面安裝，安裝工藝：鉆孔、清孑L_安裝樹脂藥卷和錨索一攪拌樹脂藥卷一等待1 min左右一裝托板和錨具一張拉錨索一下一根錨索。43技術(shù)要求431掘進(jìn)采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。要求按設(shè)計尺寸施工，保證成形質(zhì)量。不得超挖或欠挖。巷道掘進(jìn)尺寸與設(shè)計115 。i亨i、 一一警吣，t-一

30、精細(xì)管理i科學(xué)發(fā)展 加快神華安全高效礦井建設(shè)二；§Ijii-。i。，。、一一，一 、一尺寸相差不得超過100 mm。432臨時支護(hù) 采用單體液壓支柱支設(shè)w鋼帶進(jìn)行臨時支護(hù)，空頂時間不得超過10 min。433安裝頂板錨桿(1)錨桿應(yīng)緊跟掘進(jìn)頭及時支護(hù)，最大空頂距不得超過18 In。當(dāng)頂板比較破碎時，應(yīng)適當(dāng)縮小 空頂范圍或加打超前錨桿。(2)錨桿孑L采用單體風(fēng)動錨桿機(jī)完成。先用12 121的短釬桿，后換24 m的長釬桿，采用犯8 mm鉆頭。鉆孑L時錨桿機(jī)升起，使鉆頭插入相應(yīng)的w鋼帶孔中，然后開動錨桿機(jī)進(jìn)行鉆孑L?？咨钜鬄?(2350±30)mm，并保證鉆孔角度偏差小于5。鉆頭鉆到預(yù)定孑L深后下縮錨桿機(jī)，同時清孔，清除 煤粉和泥漿。(3)放入樹脂藥卷。錨桿桿體套上托板及帶上螺母，桿尾通過安裝器與錨桿機(jī)機(jī)頭連接，桿端插入已裝好樹脂藥卷的鉆孔中，升起錨桿機(jī)，將孔1：I處的藥卷送入孔底。(4)利用錨桿機(jī)攪拌樹脂藥卷。樹脂藥卷攪拌是錨桿安裝中的關(guān)鍵工序，攪拌時間按廠家要求 嚴(yán)格控制。同時要求攪拌過程連續(xù)進(jìn)行，中途不得間斷。停止攪拌后等