第三講 煤礦巷道支護質量檢測Microsoft PowerPoint 演示文稿

第三講煤礦巷道支護

質量檢測云南能源職業(yè)技術學院主講：曾正良副教授3/12/20241第一節(jié)支護設備一、錨桿(錨索)施工設備

1.錨桿(錨索)鉆機

1)錨桿鉆機分類在錨桿支護技術發(fā)展的不同時期，國內外出現(xiàn)了多種不同形式和規(guī)格的錨桿鉆機，如圖1—1所示。錨桿鉆機按破巖方式分為旋轉式、3/12/20242圖1—1錨桿鉆機分類3/12/20243沖擊式和沖擊—旋轉式。掘進機載錨桿鉆機是在現(xiàn)有掘進上配置1～2臺錨桿鉆機，以實現(xiàn)掘錨一體功能；掘錨聯(lián)合機組是將掘進與錨固功能一體化設計，制造出兼顧掘進與錨固的掘錨聯(lián)合機組，是煤巷快速高效掘進技術的發(fā)展方向。此外，按錨桿鉆機安裝錨桿的部位分為頂板錨桿鉆機和幫錨桿鉆機；用于安裝錨索的稱為錨索鉆機等。3/12/20244

2)單體頂板錨桿鉆機單體頂板錨桿鉆機是用于鉆裝巷道頂板錨桿的單體式鉆機。破巖方式主要有兩種：旋轉式和沖擊—旋轉式。旋轉式破巖方式一般適用于比較軟的巖石(f＜8)；沖擊—旋轉式破巖方式適用于比較硬的巖石(f≥8)。單體氣動旋轉式錨桿鉆機是國內應用最普遍的一種錨桿鉆機。鉆機主3/12/20245要由驅動機構、推進機構和控制機構組成。鉆機的驅動機構、推進支腿和控制機構由連接座連接。此外，還有用于攪拌樹脂錨固劑和安裝錨桿的錨桿安裝器等附件。國內部分單體氣動旋轉式錨桿鉆機的主要技術參數(shù)見表1—1。使用時，可根據(jù)具體的巷道地質與生產條件選擇合適的錨桿鉆機。國產單體液壓錨桿鉆機可分為兩3/12/20246表1—1部分國產單體氣動旋轉式頂板錨桿鉆機主要技術性能參數(shù)3/12/20247大系列：一類是導軌推進式的MZ系列，另一類是支腿推進式的MYT系列。目前，MYT型支腿推進式液壓錨桿鉆機應用比較普遍。部分國產單體液壓錨桿鉆機的主要技術性能參數(shù)見表1—2。

3)單體幫錨桿鉆機長期以來，煤幫錨桿的施工主要采用煤電鉆。煤電鉆功率小、鉆孔速3/12/20248表1—2部分國產單體氣動旋轉式頂板錨桿鉆機主要技術性能參數(shù)3/12/20249度慢、安裝錨桿困難，而且不能濕式鉆孔，粉塵大，工作環(huán)境差。為了提高煤幫錨桿施工速度和質量，近年來我國又開發(fā)了氣動、液壓幫錨桿鉆機，較好地解決了煤幫鉆孔、安裝錨桿的問題。國內使用的幫錨桿鉆機主要分兩大類：一類是氣動幫錨桿鉆機，另一類是液壓幫錨桿鉆機。按鉆機結構不3/12/202410同，又分為手持式和支腿式幫錨桿鉆機。國內部分手持式氣動幫錨桿鉆機的主要技術參數(shù)見表1—3。國內部分支腿式氣動幫錨桿鉆機的主要技術性能參數(shù)見表1—4。與手持式幫錨桿鉆機相比，支腿式幫錨桿鉆機扭矩比較大，部分推力由支腿承擔，工人勞動強度較低。這種幫錨桿鉆機適合煤巖體比較硬的巷幫鉆裝錨桿。3/12/202411表1—3國產手持式氣動幫錨桿鉆機的主要技術參數(shù)3/12/202412表1—4部分國產支腿式氣動幫錨桿鉆機的主要技術性能參數(shù)3/12/202413

2.錨索張拉設備預應力錨索的顯著特點之一是在安裝過程中施加較大的預緊力，因此錨索張拉是決定錨索施工質量的關鍵工序，張拉設備的技術性能與質量明顯影響錨索支護效果。錨索張拉安裝機具主要由油泵、張拉千斤頂、液壓剪組成。目前，國內煤礦廣泛使用的錨索張拉安裝機具主要有三種：煤礦3/12/202414用手動式錨索張拉機具、煤礦用氣動式錨索張拉機具(圖1—2、3)、煤礦用電動式錨索張拉和切斷機具。與錨索張拉機具配套用的液壓剪(也稱為鋼筋剪斷器，圖1—3所示為YYJ—180錨索鋼筋剪斷器)與手動泵或氣動油泵或電動油泵配套使用，是切斷錨索外露多余鋼鉸線的專用工具。常見的液壓剪定刀與外殼為一3/12/202415圖1—2煤礦用氣動式錨索張拉機具3/12/202416圖1—3煤礦用錨索張拉和切斷機具3/12/202417體，更換刀頭需將外殼整體更換。新型液壓剪將定刀設計為拆卸式，當?shù)额^變鈍時，可直接卸下重新?lián)Q上新刀頭，外殼繼續(xù)保留使用。國內常用錨索張拉安裝機具的主要技術性能詳見表1—5。

3/12/202418表1—5國內常用錨索張拉安裝機具的主要技術性能3/12/202419第二節(jié)支護質量檢測錨桿支護施工質量檢測與礦壓監(jiān)測是煤巷錨桿支護成套技術不可分割的重要組成部分。錨桿支護屬于隱蔽性工程，支護設計不合理或施工質量不好都有可能導致頂板垮落、兩幫片落，出現(xiàn)安全事故。因此，在錨桿支護施工過程中，必須嚴格按照設計或3/12/202420掘進作業(yè)規(guī)程的要求完成各個作業(yè)工序。錨桿支護施工后，還必須進行工程質量檢測，確保施工質量滿足設計要求。同時，應對巷道圍巖變形與破壞狀況，錨桿(索)受力分布和大小進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測，以獲得支護體和圍巖的位移和應力信息，從而驗證錨桿支護初始設計的合理性和可靠性，判斷巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全3/12/202421性。根據(jù)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)修改初始設計使其逐步趨于合理。一、錨桿拉拔力檢測錨桿拉拔力是錨桿在拉拔試驗中能承受的最大拉力。拉拔力是評價煤巖體可錨性、錨固劑粘結強度、桿體力學性能的重要參數(shù)。井下進行錨桿支護之前，必須做拉拔試驗。拉拔試驗不僅要檢測錨桿拉拔力，還應記錄3/12/202422拉拔過程中錨桿尾部的位移量，進而繪制拉力與位移曲線，綜合分析錨桿的錨固效果。錨桿拉拔試驗分兩種情況：一是井下實施錨桿支護之前的拉拔試驗；二是錨桿支護之后對拉拔力的檢測。圖1—4為ML—20型錨桿拉力計，由一空心千斤頂和一臺SYB—Ⅰ型高壓手搖油泵組成，最大拉力200kN，活3/12/202423圖1—4錨桿拉力計工作原理1—空心千斤頂；2—高壓膠管；3—膠管接頭；4—壓力表；5—手搖油泵；6—標尺3/12/202424塞行程100mm，質量12kg。試驗時，用卡具將錨桿緊固在千斤頂活塞上，搖動油泵手柄，高壓油經高壓膠管到達拉力計的油缸，驅使活塞對錨桿產生拉力。用壓力表讀數(shù)乘以活塞面積即為錨桿的錨固力，錨桿的位移量可從隨活塞一起移動的標尺上直接讀出，其位移量必須控制在允許的范圍內。3/12/202425二、錨桿預緊力檢測錨桿預緊力是高強度、高剛度錨桿支護系統(tǒng)的決定性因素，對支護效果與圍巖穩(wěn)定性起關鍵作用。對錨桿(索)預緊力的檢測是非常重要的工程質量檢測內容。錨桿預緊力的檢測一般采用扭矩扳手，如圖1—5所示。每個小班頂幫各抽樣1組(3根)進3/12/202426圖1—5扭矩扳手3/12/202427行錨桿螺母扭矩檢測。每根錨桿螺母預緊力矩應符合設計要求；每組中有1個螺母扭矩不合格，就要再抽查1組(3根)。若仍發(fā)現(xiàn)有不合格的，應將本班安裝的所有螺母重新擰緊和檢測一遍。井下實測數(shù)據(jù)表明，預緊力會隨錨桿安裝后時間的加長而發(fā)生變化。特別是初始施加預緊力較高、圍巖比3/12/202428較松軟破碎的條件下，預緊力會隨時間延長而明顯降低，顯著影響支護效果。因此，不僅應檢測初始預緊力，而且應監(jiān)測錨桿預緊力的變化，根據(jù)預緊力變化曲線，調整初始預緊力的大小，必要時應對錨桿實施二次擰緊。

三、錨桿支護幾何參數(shù)與安裝質量檢測

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1.錨桿支護幾何參數(shù)檢測錨桿支護幾何參數(shù)包括錨桿間、排距，錨桿安裝角度，錨桿外露長度等。一般情況下，錨桿安裝方向與巷道軸線垂直，可用錨桿軸線與水平線(或垂線)的夾角表示錨桿安裝角度；當錨桿安裝方向與巷道軸線不垂直，屬于空間問題，需要三個角度描述錨3/12/202430桿安裝方向；錨桿外露長度是指錨桿露出托板的長度。

2.錨桿托板安裝質量檢測錨桿托板安裝質量檢測應符合以下要求：

(1)錨桿托板應安裝牢固，與組合構件一同緊貼圍巖表面，不松動；

(2)錨桿托板安裝質量檢測方法一般均采用實地觀察和現(xiàn)場扳動的方式3/12/202431進行；

(3)每個測點應以一排錨桿托板為一組檢測。

3.組合構件與鋪網安裝質量檢測組合構件與鋪網安裝質量檢測應符合以下要求：采用現(xiàn)場觀察方法檢測；錨噴支護時，金屬網輔設時要與巖面保持不小于30mm的間隙，錨網支護時，組合構件與金屬網應緊貼巷3/12/202432道表面；尺量網片搭接長度（網與網的搭接寬度不小于100mm）及連網點距離，應符合設計要求；網間要求連接牢固。

四、錨索安裝工程質量檢測錨索安裝工程質量檢測內容與錨桿類似，包括錨索拉拔力和預緊力、錨索幾何參數(shù)，托板與組合構件的安裝質量等。

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(1)錨索拉拔試驗采用錨索張拉設備在井下巷道中完成，其他要求與錨桿類似。

(2)錨索預緊力檢測采用錨索張拉設備對已安裝錨索的預緊力進行檢測。錨索預緊力的最低值應不小于設計值的90％。對于不合格的錨索要進行重新張拉。

(3)錨索幾何參數(shù)包括間距、排3/12/202434距，安裝角度及錨索外露長度等，班組每班進行檢測。

(4)錨索托板與組合構件的安裝質量要求與錨桿類似。

(5)錨索安裝工程質量檢測間距和每次檢測點數(shù)可參考錨桿檢測確定。

3/12/202435第三節(jié)礦壓觀測錨桿支護施工質量檢測的同時，應對巷道圍巖變形與破壞狀況，錨桿(索)受力分布和大小進行全面、系統(tǒng)地監(jiān)測，以獲得支護體與圍巖的位移和應力信息，從而驗證錨桿支護初始設計的合理性和可靠性，判斷巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全性。根據(jù)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)修改初始設計，使其逐步趨于3/12/202436合理。一、巷道表面位移監(jiān)測方法巷道表面位移是最基本的巷道礦壓監(jiān)測內容，包括頂?shù)装逡平?、兩幫移近量、頂板下沉量、底鼓量及幫位移量等。根?jù)監(jiān)測結果，可計算巷道表面位移速度，巷道斷面收斂率，繪制位移量、位移速度與采掘工作面位置與時間的關系曲線，分析巷道圍3/12/202437巖變形規(guī)律，評價圍巖穩(wěn)定性和巷道支護效果。巷道表面位移常采用十字布點法安設監(jiān)測斷面(圖1—6)在頂?shù)装逯胁看怪狈较蚝蛢蓭退椒较蜚@孔，安裝木樁、測釘?shù)葴y量基點。一個測站一般布置兩個監(jiān)測斷面，沿巷道軸向間隔0.6～1.0m。監(jiān)測時測讀AO、AB值，CO、CD值。也可測量AC、A3/12/202438圖1—6巷道表面位移監(jiān)測斷面3/12/202439D、CB值，通過計算得到頂板下沉量、底鼓量及幫位移量。同時，測量監(jiān)測斷面距采掘工作面的距離，記錄監(jiān)測時間。測量頻度根據(jù)巷道圍巖變形大小確定，一般距采掘工作面50m內，每天觀測1次，其他時間每周觀測1～2次。測量巷道表面位移的儀器有多種形式，如鋼卷尺、測桿、測槍、收斂3/12/202440計等。圖1—7所示是JSS30／10型伸縮式數(shù)顯收斂計，主要由掛鉤、尺架、調節(jié)螺母、滑套、緊固螺釘、外殼、數(shù)顯裝置、彈簧、前軸螺母、前軸、聯(lián)尺、尺卡、尺孔銷、帶孔鋼尺等零部件組成。用于測量巷道周邊兩點間的距離變化。二、巷道頂板離層監(jiān)測

巷道開挖后，圍巖產生變形，頂3/12/202441圖1—7JSS30／10型伸縮式數(shù)顯收斂計1—掛鉤；2—尺架；3—調節(jié)螺母；4—滑套；5—緊固螺釘；6—外殼；7—數(shù)顯裝置；

8—彈簧；9—前軸螺母；10—前軸；11—聯(lián)尺；12—尺卡；13—尺孔銷；14—帶孔鋼尺3/12/202442板出現(xiàn)下沉。頂板不同深度的位移是不相同的，一般淺部巖層的位移較大，深部巖層的位移較小，導致淺部巖層與深部巖層出現(xiàn)位移差。位移差由煤巖體的彈塑性變形、結構面(層理、節(jié)理、裂隙等)變形等組成。在結構面比較發(fā)育的條件下，結構面變形占主要部分，而且是影響頂板穩(wěn)定性的主要因素，因此預板的這種位移差3/12/202443又稱頂板離層。測量錨桿支護巷道錨固區(qū)內外頂板離層大小，對評價錨桿支護效果和巷道安全程度具有重要意義。頂板離層指示儀是測量錨固區(qū)內外頂板離層值的儀器(圖1—8)。頂板離層指示儀在頂板鉆孔中布置兩個測點：一個設置在錨桿端部位置，另一個設置在比較穩(wěn)定的深部圍巖中。在3/12/202444圖1—8頂板離層指示儀的安設圖1—9KDW—1／2型多點位移計3/12/202445兩個測點處安設固定器，固定器與頂板巖層同步移動。將固定器用測量鋼絲與設在頂板表面的測讀裝置連接，就能測出錨固區(qū)內、錨固區(qū)外和總的離層值。三、深部圍巖監(jiān)測多點位移計是深部圍巖位移測量的常用儀器，通過監(jiān)測布置在鉆孔內不同深度的測點，確定這些測點位移3/12/202446和位移規(guī)律。一般將孔底點設為基點，然后確定其他點相對于此基點的位移。只有當基點位于井巷影響圈以外，可以認為該基點是不動點時，其他測點相對于該基點的位移就是絕對位移。多點位移計一般由孔內固定器、測量鋼絲及孔口測讀裝置組成(圖1—9)。根據(jù)測量需要確定鉆孔深度、測3/12/202447點數(shù)和測點間距。一般每個鉆孔內布置4～7個測點。井下測量時，以孔口測讀裝置上某固定直線作為基準線，讀出每個圓盤上的刻度數(shù)，此數(shù)據(jù)為每個測點的初讀數(shù)。以后每隔一段時間測讀的數(shù)據(jù)與初讀數(shù)之差即為該測點相對于巷道表面的位移值。巷道穩(wěn)定狀況較好時，圍巖內部變形的影響范圍小，隨時間推移變形3/12/202448速率迅速降低，且曲線規(guī)律性好，沒有異常狀態(tài)。

四、錨桿與錨索受力監(jiān)測錨桿與錨索受力監(jiān)測是巷道礦壓監(jiān)測的重要內容。通過監(jiān)測支護體受力大小與分布，可以比較全面地了解錨桿與錨索工作狀況，判斷錨桿是否發(fā)生屈服和破斷，評價巷道圍巖的穩(wěn)定性與安全性，衡量錨桿支護設計是3/12/202449否合理。目前，國內外已有多種錨桿與錨索受力監(jiān)測儀器，按用途分，主要有安裝在孔口、用于測量錨桿(索)尾部載荷的錨桿(索)測力計；有用于測量全長與加長錨固錨桿受力分布的測力錨桿等。

1.液壓式錨桿(索)測力計液壓式錨桿(索)測力計通過測量3/12/202450液壓枕油壓確定錨桿(索)尾部承受的載荷。YZS—200型錨桿測力計(圖1—10)，由帶圓孔的液壓枕與油壓讀數(shù)表組成。儀器的工作原理非常簡單。將液壓枕置于錨桿托板下方，錨桿受力擠壓托板，托板將壓力傳遞到液壓枕上，引起液壓枕內油壓增加，油壓表讀出壓力值。經過簡單換算，即可得到錨桿尾部承受的拉力。