随着煤井支护改革工作的推进,木支护已经不能维护矿井的安全,传统的支护形式将被淘汰。传统的架棚或砌碹支架只能消极地承受井巷周围的地压和阻止破碎冒落,而锚杆支护则是通过锚入围岩内的锚杆,改变围岩的受力状态,充分发挥围岩的自身承载作用,把围岩从荷载变为承载。在巷道周围的锚杆和围岩的共同作用下,形成一个完整而稳定的岩石带,用来抵御井巷的地压和围岩的变形,从而保持围岩的完整性和稳定性。在今后的乡镇煤矿中,锚杆支护将会成为最重要的支护方式。本文中我根据自己多年以来从事煤炭生产安全检查工作的经验并且结合所了解的相关专业理论知识,对锚杆支护的优点和具体施工作一些探讨,以供同行参考。
一、锚杆与锚杆常用的种类
锚杆通常包括杆体(由钢绞线、钢筋、特制钢管等筋材组成)、锚固体(包括注浆体、锚具、套管等)、承托结构(托板、垫片和螺母)。当采用钢绞线或高强钢丝束作杆体材料时,可称锚索。锚杆是一种安设在巷道围岩体内的杆状锚栓体系。采用锚杆支护的巷道,就是在巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼,然后将锚杆安设在锚杆孔内,对巷道围岩进行加固,以维护巷道的稳定性。锚杆支护作为一种积极主动的支护技术,已经得到了广泛的认可。
1.木锚杆。我国使用的木锚杆有两种,即普通木锚杆和压缩木锚杆。
2.钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂桨作为锚杆与围岩的粘结剂。
3.倒楔式金属锚杆。这种锚杆曾经是使用最为广泛的锚杆形式之一。由于它加工简单,安 装方便,具有一定的锚固力,因此这种锚杆在一定范围内至今还在使用。
4.管缝式锚杆。是一种全长摩擦锚固式锚杆。这种锚杆具有安装简单、锚固可靠、初锚力 大、长时锚固力随围岩移动而增长等特点。
5.树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂,成本较高。
6.快硬膨胀水泥锚杆。采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂而成,具有速凝、早强、减水、膨胀等特点。
7.双快水泥锚杆。是由成品早强水泥和双快水泥按一定比例混合而成的。具有快硬快凝、早强的特点。
二、锚杆支护参数的确定
(一)锚杆支护参数的选择
锚杆支护参数的选择,主要是要确定锚杆支护的间距、长度和直径。在通常情况下,泥质页岩和页岩中的锚杆长度为巷道宽度的1/2,锚杆的密度为每平方米1.2根～1.5根;砂岩和砂质页岩中的锚杆长度为巷道宽度的1/2,锚杆的密度为每平方米0.6根～1.2根;煤层中的锚杆长度为巷道宽度的2/3,锚杆的密度为每平方米1.8根～2根。锚杆的间距在通常情况下等于排距,通常值为0.6～1m。锚杆的直径,在采用软钢或者低合金钢时取16～20mm。
(二)锚杆布置
锚杆在巷道顶、帮岩面的布置,在围岩比较稳固时布置成方形,在围岩的稳定性比较差时布置成梅花形。
三、锚杆支护的施工与检验
锚杆支护施工工艺:定位→用钻具钻孔→清孔→上药→装杆搅拌等待→挂网→安装配件→紧固。
(一)锚杆的安装
锚杆的安装施工包括钻锚杆眼和安装锚杆两道主要工序。在锚杆安装施工之前,应该根据锚杆布置方式设计要求,用巷道中腰线标定出锚杆的眼位。打眼时,眼位、眼深、角度都必须符合要求。锚杆眼钻好后,就可以进行锚杆的安装工作。
为了保证锚杆的安装质量,应当注意以下问题:
1.锚杆孔的深度要与锚杆的长度配合适当,锚杆孔过深或者过浅都会使安装垫板和螺帽产生困难。金属楔缝式锚杆孔的深度应比锚杆短50～70mm,倒楔式锚杆孔的深度应比锚杆短100～120mm。
2.锚杆孔的直径与锚杆的直径应该配合适当。
3.安装托板时应该尽量将岩面找平,使托板和岩面全部接触,以求托板受力均匀,增强其承载能力。
4.螺帽要用扳手尽量拧紧,使杆体中产生较大的预应力。
(二)锚杆质量检查
锚杆质量检查,主要注意检查锚杆孔直径、眼深、间距、排距以及螺帽的拧紧程度和锚固力。
由锚杆支护发展起来的锚网支护、锚网带支护、锚网喷支护、锚网带支护、喷锚喷、锚杆修护技术等支护工艺在矿区围岩支护中广泛应用并且收到了良好的经济效果。但在现场的实践过程中,由于多方面的原因可能导致锚杆支护失效,甚至引起安全事故,下面笔者结合自己多年工作经验进行了具体的阐释。
四、锚杆支护失效原因分析
锚杆支护设计参数选定的不合理性、地质条件的变化、支护材质不合格、施工质量不达设计要求等都是造成锚杆失效的因素。因为支护参数设计的合理性直接影响到锚杆支护的效果。所以本文只对锚杆支护设计参数选定的不合理性导致锚杆失效因素进行分析。
地质条件的变化是造成锚杆支护失效的主要原因。众所周知,在巷道施工以前,技术部门要根据锚杆支护理论,通过精心设计计算,并根据具体的围岩情况计算出所用锚杆长度,并经过矿区验证后确定出合理的支护参数。现场如果不能根据具体的地质条件进行有针对性的锚杆支护参数设计计算,就会造成实际使用的支护参数不能很好地适应地质条件的变化。
减少锚杆外露长度,确保有效支护长度。在锚杆杆体长度一定的条件下,锚杆外露长度长,就会相应地减少有效的锚固长度。锚杆支护就是要在支护参数一定的条件下最大限度地增加锚固长度,这对于提高支护效果是有积极意义的。
锚杆杆体材料及设计对于锚杆的承载力影响很大。我国目前使用的锚杆存在的问题主要是承载能力低,且延伸量小,不能有效地控制和适应围岩的变形。在当前条件下等强锚杆在现场仍普遍应用,但随着开采深度的加大,地应力相对增加,需要研制更为新型的锚杆。
施工队伍及人员的素质对锚杆支护效果影响很大。锚杆支护工艺繁琐,人为影响因素多,如锚杆的角度、锚杆孔的深度、锚杆支护的“三经”匹配情况、锚杆预应力及锚固力的大小、托盘与煤岩壁的贴紧程度、不同凝固时间的锚固药卷的安置顺序及充分搅拌情况、锚杆间排距及位置的确定等,每一道工序的施工偏差均对锚杆支护质量有较大的影响。
巷道开挖后的及时支护并提高锚杆预紧力对于增加围岩强度、控制围岩早期的变形和破坏、发挥围岩自身承载能力,提高锚杆支护效果具有重要意义。完善锚杆支护的安全监测对于保证锚杆支护的效果有重要作用。为此,必须加强工程质量监测及矿压监测,以便及时掌握现场的实际支护效果,围岩的动态变化,掌握巷道的变形规律,以便及时调整支护参数设计,有效指导巷道施工。并能做到超前防范,避免事故的发生。现行的监测方法一般有:施工前采用顶板光纤窥视仪,探察顶板岩性条件,施工后的巷道按一定的距离安装顶板离层指示仪,测力锚杆、围岩深部多点位移计等监测顶板下沉量。
结语
锚杆支护与传统的木支架、钢支架相比,具有及时、主动、安全、经济、整体支护功效高、运量小、劳动强度低等优点。煤巷锚杆支护技术的发展方向是采用强度更高性能更好的锚杆产品,以更大的间排距完成支护目标,减少锚杆用量并以更快的掘进速度完成施工,同时保证更好的安全可靠性。