锚杆失效分析 -全讯官网

引言

　　巷道支护是煤矿生产的基础，是生产、运输、通风、安全的根本保障，锚杆支护是经历了多次改革而得到科学认证的控制围岩有效的支护方式，并得到广泛应用和发展，但在锚杆支护的实际应用中，在发挥锚杆支护技术众多优点的同时，也存在需要解决的问题，以杏花煤矿东采区中部层施工的30#左四下巷采用螺纹钢树脂锚杆支护，在回采期间出现巷道变形严重，出现锚杆体被拉断，出现巷道顶板开裂，两帮片帮严重均是巷道失稳的结果，而产生巷道失稳的重要原因是失效锚杆的存在，其表现形式为杆体拉断，托盘失效，粘接破坏，锚杆失效，局部围岩破坏造成的锚空失效等。

　　下面结合煤层巷道支护状况分析失效锚杆产生的原因和降低锚杆失效的几点办法。

　　1.地质概况

　　东采区可采煤层28#、30#，现开采深度-740米，其煤层顶底板岩性较稳定。

　　2.锚杆失效的原因及分析

　　2.1锚杆失效的原因

　　（1）锚杆支护参数设计不合理。

　　（2）地质条件因素的影响。

　　（3）巷道开掘方式（即爆破）的影响。

　　（4）支护材质。

　　（5）施工工艺中的人为因素的影响

　　2.2分析原因

　　2.2.1支护材质及长度、间、排距的确定

　　锚杆支护的作用机现有悬吊作用，组全梁作用、加固拱作用和围岩补强、减少跨度作用，但在巷道帮支护机理为围岩补强。依据岩石分类及支护形式对应关系，该巷道支护机现为锚杆悬吊理论。

　　以东采30#左四下巷为例，顶板支护依据悬吊理论计算锚杆各支护参数：

　　该巷道宽3.8米，高3.0米，采用?28×350mm树脂药卷端锚，打眼机具为

　　锚杆长度的确定，通常有两种方法，一是确定巷道顶板松动圈的高度，另一方法是当顶板一定范围内坚固稳定岩层的位置易于确定，有效长度大于或等于被悬吊岩层的厚度。

　　（1）锚杆长度：

　　l=k×h l1 l2=2.0×0.5 0.3 0.04=1.35（米）

　　式中：l――锚杆长度。

　　k――安全系数，取2.0。

　　l1――锚杆锚入稳定岩层厚度， 取0.3。

　　l2――锚杆外露长度， 取0.04。

　　（2）锚杆直径：

　　根据杆体实际长度与安全系数的确定：

　　d===18.18（�l）

　　式中：d――锚杆直径。

　　l――锚杆实际长度。

　　（3）锚杆间、排距。

　　依据每根锚杆悬吊岩石载荷大小确定锚杆间、排距：

　　d≤==1.58（米）

　　式中：d ――锚杆间排距。

　　q――锚杆锚固力，取5吨。

　　k――安全系数，取2.0。

　　h――软弱岩层厚度；取0.5米。

　　r――岩石平均容重；取2.5t/m3。

　　根据计算，所需锚杆长度1.35米，锚杆间排距1.58米，锚杆直径14.55�l；实际材质选用?18mm螺纹钢锚杆，长度为1.6m，锚杆间排距1.2×1.0m。

　　以上述计算表明：计算结果虽然可以满足支护要求，但没有考虑松动圈理论进行计算锚杆长度。是产生锚杆失效的原因之一。

　　在锚杆的支护密度方面，岩层稳定程度、完整程度不同，支护密度也应该有所区别。因为，锚杆在施工时，锚杆的锚固力还是有差别的，形成锚杆单个作用，在不同锚固力的锚杆的作用下，会使顶板受到剪切而损坏，不能形成完整的支护体。在同等岩性的条件下，每根锚杆的支护半径不同，这就要求有合适的支护密度。如果锚杆密度过大，不但不会加强锚杆的支护效果，还会对顶板造成破坏。锚杆密度过小，则达不到应有的支护效果。

　　由此看出，锚杆支护设计不合理，很难保证锚杆的支护效果，所以，在施工过程中要根据实际情况，及时地修定锚杆支护设计参数。

　　2.2.2地质条件及爆破因素的影响

　　东一采区30#煤层煤质相对较硬，但顶板为28#采空区，层间距为8米，在掘进中由于受压力影响，施工后的巷道两帮片帮严重，两帮片帮深度0.1-0.3米，炮掘时受炮轰波对锚杆附近围岩的冲击，局部锚杆出现螺母松动，预应力达不到设计要求，导致锚杆失效。因此及层、节理发育不能实现光爆及受上部采动压力影响，煤层深度及风化脱落是锚杆失效的原因之一。

　　2.2.3施工质量因素

　　锚杆支护的施工工艺较繁琐，人为因素多，如锚杆直径的选择要做到“三径匹配”，即锚杆直径、钻孔直径、钻头直径三者匹配。三径不匹配，锚杆的锚固长度、锚杆和围岩的结合程度就会偏离设计值，降低锚杆的承载力，当围岩来压时，锚杆易造成失效。锚杆眼内粉末的处理程度，树脂药卷搅拌时间的控制，锚杆眼的角度，水及油脂对锚固剂的影响，紧固设备的失效，锚杆预应力的大小及初锚力的大小，托盘与岩面接触的紧密程度。每一道工艺的实施对锚杆支护质理的影响均较大，众多的人为因素是易出现偏差导致锚杆失效，因此说工艺误操作导致锚杆失效的概率很大。

　　综上分析，支护材质的选定及锚杆间、排距的确定，合理与否是避免锚杆失效的关键，施工工艺及机具与支护材料的匹配，地质条件是锚杆是否出现粘结破坏，锚空失效关键。

　　3.降低锚杆失效的基本途径

　　（1）上述分析中，运用锚杆悬吊理论计算结果及松动圈理论表明，不同的巷道断面不同的围岩性质在确定锚杆支护参数时，要依据理论计算，对支护参数加以修下，不可千篇一律，合理确定锚杆参数，可避免或减少锚杆失效。

　　（2）巷道开掘后，巷道围岩中应力状态，由原来的三向应力变成二向应力，顶板下位岩层受水平应力作用，岩层容易失稳破坏，锚杆的作用就是在失去一向应力的方向上，给岩层提供一个约束力，来提高岩石强度，使岩层形成能承载的支护结构。

　　（3）由于爆破后对锚杆质量的影响很大，因此提高掘进机械化程度，炮掘后及时对原锚杆支护进行二次紧固，从而减少锚杆的失效率。

　　（4）合理匹配锚杆直径、钻孔直径、钻头直径三者之间的尺寸，通过试验的方式选取锚固力最大的三者匹配关系，施工工艺中的人为因素，一是通过引进设备，减少人为因素。另一方法通过严格的操作培训，提高员工的业务素质，把误操作降低到最小化，从而降低锚杆失效率。

　　（5）配齐各种检测工具，如锚杆拉力计、力矩搬手等，确保小班的施工质量验收。

　　建立完善的小班质量验收和专职工程师质量把关制度，使锚杆施工质量有管理、有检测、有记录、有落实。煤巷锚杆支护各项施工工艺必须严格按照掘进工作面作业规程的有关规定进行，锚杆安装角度、间排距、锚杆的有效支护长度、锚固长度、锚杆距工作面距离必须严格按规程施工。建立完善的煤巷锚杆支护的矿压监测制度，评价支护效果，加强日常监测，及时修正锚杆设计，有效地避免因锚杆后期失效而造成的顶板事故。

　　4.结语

　　通过上述对锚杆失效原因分析及控制可知，合理地设计锚杆参数，并根据地质变化及时变更锚杆支护设计、加强对锚杆支护材质的检测、加强施工管理和施工人员的技能培训，对于逐步降低锚杆失效率，提高锚杆支护巷道支护质量。