浅析井巷施工锚网支护.doc

浅析井巷施工锚网支护摘要:锚网支护是一种有效的矿井巷道支护方式, 由于对围岩强度的强化作用, 可显著提高围岩的稳定性, 加之具有支护成本低、成巷速度快、劳动强度减轻、提高巷道断面利用率、简化回采面的端头维护工艺, 明显改善作业环境和安全生产条件, 成为矿井巷道的主要支护形式,代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。长治县羊头岭红旗煤业、羊头岭北峙峪煤业、三元晋永泰煤业井下巷道均采用锚网支护效果良好，相比架棚、料石砌碹支护成巷速度快、成本低、劳动强度低、维护率低并且提高了巷道断面利用率。西山煤矿井下巷道采用工字钢支护，压力大，多处钢梁受压变形维修成本高，在撤换失效工字钢棚梁时顶板破碎、易冒顶对安全不利；在回采工作面两个顺槽超前支护要替换交接顶梁支护，回撤工字钢，矿工劳动强度高。并且架棚支护不能大断面，大跨度支护。现如今锚网支护在长治县的煤矿得到了大力推广应用，正逐步淘汰工字钢支护，禁止木棚支护。自191年,德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来,锚杆支护以其结构简单,施工方便、成本低和对工程适应性强等特点,在采矿工程中得到了广泛应用。我国煤矿开采中,每年新掘的锚网支护的井巷工程长达2000 km。一、锚杆支护作用原理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。 (一)加固拱作用对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩，如果及时用锚杆加固，就能提高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自身稳定，而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而保持巷道的稳定。 (二)组合梁作用可将平顶巷道层状顶板看作是由巷道两帮为支点的叠合梁,在荷载作用下,各层板梁都单独弯曲,每层板梁的上下缘分别处于受压和受拉状态。但是用锚杆将各组合板梁压紧之后,在荷载作用下,就如同一块板梁的弯曲一样,提高了板梁的抗弯强度,可以提高顶板岩层的承载能力。 (三) 悬吊作用悬吊作用是指将要冒落的围岩或者软弱岩层,用锚杆悬吊于上部的坚硬岩体上,由锚杆来承载围岩或者弱岩的重量。 (四)减小跨度作用在巷道内安设锚杆,能够减少压力拱的高度和跨度。如在巷道跨中打一根锚杆,相当于在该处打一根支柱,使原来的拱分为两个小拱,小拱的跨度为原拱的一半。如果打三根锚杆,就相当于将原来的拱分成四个小拱,压力拱的跨度为原拱的四分之一,同时压力拱的高度也明显降低。 (五)围岩补强加固作用巷道深处围岩内的岩石处于三向受力状态,而靠近巷道周边的岩石则处于二向受力状态,后者的强度远远小于前者,因此容易受破坏而丧失稳定性。在巷道内安设锚杆后,有些围岩又部分地恢复为三向受力状态,增强了自身的强度。此外,锚杆还可以增强岩层弱面的抗剪强度,使巷道周边的围岩不易破坏和失稳。 二、锚网支护参数的确定支护参数设计是巷道支护设计实现定量决策的关键所在。当支护型式确定以后,参数设计正确与否,直接影响到支护效果和经济效益。当支护参数所提供的支护强度不够,即使支护型式是合理的,也可能控制不住巷道围岩的严重变形和破坏,最终导致巷道不得不翻修,影响正常生产和经济效益;当支护参数设计得过于保守,虽然能保证巷道在服务期间的稳定状况,但支护成本必然偏高。因此,科学地寻找支护参数设计在安全和经济这两方面之间的最佳点,对安全生产和经济效益的意义是显而易见的。按照不同的地质条件与巷道条件,锚网支护可根据其作用机制选择相应的参数设计方法。目前,用于煤矿巷道支护设计的主要的锚网支护参数设计方法有下列几种:1.悬吊机制及其围岩条件:在层状岩体中,锚杆将下部不稳定岩层悬吊在上部稳固的岩层上,锚杆承受的载荷为下部不稳定岩层的重量。最典型的情况是顶板上部11.8m处有一厚层(2m以下)坚固岩层,下部为较完整的层状较弱岩层。若没有上述坚固岩层,也可用免压拱高或破碎带高度以外的非破碎稳定带概念代替。2.组合梁机制及其围岩条件:在没有坚硬厚层的薄状岩层中,通过锚杆的预拉应力,将视为叠合梁的各薄层挤紧,提高其自撑能力。杆体承受岩层错动趋势所产生的剪应力。3.三铰拱(楔固、紧固)机制及其围岩条件:在被裂隙切割的块状围岩中,锚杆将危石悬吊,彼此挤紧,形成类似三铰拱的稳定结构,不但使岩块不掉落,而且加固成能承受载荷的整体结构。4.组合拱(均匀压缩拱)机制及其围岩条件:采用点锚固形式的锚杆的预拉应力可以形成以锚杆两端为顶点的算盘珠式的压缩区。若把锚杆以适当的间距沿拱形断面系统安装,则可在巷道周围形成连续的均匀压缩带作为承载结构并将应力向两帮深部围岩传递,其承载能力决定于锚杆长度与间距、预拉应力。 三、锚网支护设计方法 (一)现有锚网支护设计方法的评价目前煤巷锚网支护设计主要以工程类比法和理论分析法为主,不能满足现场生产实际需要,主要表现在如下两个方面:1.用于设计的基础参数是巷道周围某几个点(甚至仅一个点)的综合地质技术资料的平均值,设计出的锚杆参数为整条巷道服务。一方面导致巷道绝大部分区域设计的锚杆参数过高,不但浪费了大量材料,增加了支护成本,也降低了巷道的掘进速度;另一方面又使巷道的某些局部地质技术条件变化区域设计的锚杆支护参数不足,引发局部冒顶事故。比如羊头岭红旗煤业东采区回风巷托夹矸掘进，预计最大夹矸厚度0.8米，实际局部地点厚度达1.2米，在此地段补打锚索补强。2.依据的基础性参数缺乏定量化评价指标,导致锚网支护参数设计缺乏科学、合理和确定性。尽管近年来出现的锚网支护动态设计法已在我国部分矿区得到实践,但实际应用效果并不理想。因此,需要使用更可靠的煤巷锚网支护设计方法,保证设计的可靠性。为保证巷道支护安全煤巷每隔50安装一个顶板离层检测仪，控顶面积大的地点加装1个。 (二)全线信息跟踪设计方法该设计方案摒弃了其他设计方法的缺点,是一种全新的设计理念与现代信息技术完美结合的产物。设计步骤如下:1.全面分析基础地质技术数据,不是取各项参数的平均值,而是将其分成最佳条件和最差条件。2.用工程类比法确定锚网的初始参数。3.不断进行现场实测,获得应力、同岩、支护三者相互作用结果的综合信息。4.根据实测信息,进行支护效果评价。5.依据支护效果评价,用计算机重新设计巷道待掘进部分的锚网支护参数,并及时调整已支护部分的设参数。与已有的设计方法相比,该设计方法优点有:设计的针对性强,设计的可靠性高,可以预测巷道顶板围岩的稳定性,有利于科学化管理,工程质量易于保证,简化了设计基础的采集工作。长治县羊头岭红旗煤业、羊头岭北峙峪煤业、三元晋永泰煤业的支护工每班支护打锚杆眼时都要观察，感觉顶板、煤帮岩性，发生变化立即向技术科汇报，调整支护参数。保证支护安全。四、锚网支护的施工与检验 (一)锚网的安装锚杆（索）的安装必须按要求进行，锚固剂、锚杆、锚索、托盘和螺母等性能强度、结构必须与设计锚固力相匹配，各种材料入井必须有产品合格证。巷道顶帮锚杆的方向、位置和密度必须符合设计要求，托板和护板必须贴紧顶板和煤壁，不得松动，接触面积达到80以上。出现顶帮锚杆不接顶贴帮时，要重新补打锚杆。网要展开铺平，贴紧顶板和煤帮，用锚杆托板压紧，搭接处每隔200mm，用整股塑料绳联结1道。螺母的拧紧力矩不小于100Nm，顶帮锚杆均要上2个螺母。锚杆、锚索安装前，必须用压风将孔内煤岩粉、水等吹洗干净。锚杆端部必须推至眼底，尾部外露长度不小于50mm。锚杆、锚索安装，必须按作业规程规定的施工操作程序进行，先装快速药卷，再装慢速药卷，用锚杆（索）将药卷送至孔底后，用搅拌装置边搅拌，边用边迅速向孔底推进锚杆（索），待药卷得到充分搅拌后停机，搅拌时间为30s，搅拌要连续进行，中途不得停顿。锚杆搅拌后上托盘，1h后二次预紧，锚索搅拌凝固1h后上托盘张拉。其预紧力必须达到设计要求，托盘要紧贴岩面。 (二)锚网的检验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5070mm,倒楔式锚杆孔的深度应比锚杆短100120mm。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.螺帽要用力矩扳手拧紧,使杆体中产生较大的预应力。5.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。五、锚网支护观测和维护（一）加强顶板观测，及时获得顶板稳定状况的信息 1锚网支护巷道按设计要求每隔50m布设1个观测点，断层及围岩破碎带、应力集中区、交岔点等特殊地点加设观测点，顶板离层仪安设在巷道顶板，巷道断面中部，深基点固定在顶板上方7m处，浅基点固定在顶板上方3m处。2顶板离层仪由施工队队长负责及时跟头安装（安装离层仪时距前头距离：机掘3m，炮掘10m）。3观测点实行挂牌管理，牌板上写明监测点号、安装人员、安装日期和初始数据，并指定专人负责观测数据，填写原始记录，建立观测档案。4观测人员每天及时上报观测数据。5矿负责部门对收集的观测数据进行认真分析，从中总结顶板变化的规律性，对观测数据异常点要进行现场调查，若现场确定该处巷道顶板活动异常威胁安全生产时，立即上报主管矿领导采取相应措施。（二）锚网支护巷道出现顶板事故预兆要及时维护1井下作业人员随时观察巷道顶板及煤壁活动情况，一旦发现顶板异常，出现顶板事故预兆要及时向矿调度室和区队值班人员汇报并采取相应措施，杜绝事故发生。2顶板出现局部离层掉渣、顶锚杆断裂时，及时处理网兜、补打锚杆，确保复合顶板的完整性，尽量减小顶板离层的发展。3巷道出现两帮收敛、顶板下沉、梯形梁或W钢带折叠现象时，要根据巷道顶板变形程度采取沿巷道补打木支柱或在巷道顶板增设锚索、锚索悬梁，变形严重时要及时进行二次架棚或摆木架支护。4巷道顶板出现岩层断裂爆响、梯形梁（W钢带）或顶锚杆断裂，同时伴随锚索断开等一系列顶板剧烈活动来压的顶板事故预兆时，要立即撤出在危险区内所有作业人员，待顶板稳定后，立即对巷道由外往里进行二次架棚支护。使用锚网支护需要注意的是根据地质条件要及时调整支护密度或变更支护。有的矿井田范围内地质构造发育，煤系地层不稳定，煤巷顶板岩石具有不稳定性，巷道掘进时经常遇到断层、顶板破碎带、顶板岩性变化带，巷道工程地质条件变化较大，为了保证巷道支护科学合理，生产区队要注意观察巷道围岩条件变化，时刻与技术部门联系，工程技术人员要根据工程地质条件变化随时修改锚网支护密度，在锚网支护不能满足安全生产需要时及时变更支护形式。五、结语使用锚网支护，既可发挥其加固拱作用和悬吊作用，使复合顶板内的各煤岩体与锚杆紧固成一个所谓的“组合梁”，从而提高顶板岩层的抗弯强度，减少各岩层层面滑移、离层和冒落的机率，从而保证巷道的稳定性。同时也减轻了操作人员的体力劳动，消除了棚式支护所带来的操作不安全隐患，改善了操作人员的劳动环境。架棚和料石砌碹等被动支护方式成本高、进度慢、消耗体力大、支护效果差正逐渐被淘汰。锚网支护在稳定围岩中,可节省工程成本10%20%左右