煤巷锚杆失效原因分析及其控制

煤巷锚杆失效原因分析及其控制 作者边 强来自 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 山西 摘 要 通过对锚杆支护设计 锚杆材质 地质条件 施工质量等多方面 因素的分析 提出了控制锚杆失效的有效途径 关键词 锚杆支护 锚杆材质 地质条件 中图分类号 TD35 文献标识码 煤巷支护是生产的基础 安全的保障 多年以来 巷道支护方式经历了多 次变革 从架棚 砌碹到现在的锚杆支护形式 锚杆支护一改被动支护为主动 支护 与以往的支护形式相比 具有防止煤体早期离层 片帮和收敛变形 简 化综采工作面上 下顺槽的超前支护 提高回采速度和单产 节约支护成本 减轻工人劳动强度等优越性 锚杆支护形式已经逐步取代了其他支护形式 成 为广泛应用的一种巷道支护形式 近几年来 通过对锚杆支护的研究 在充分肯定锚杆支护优越性的同时 发现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顶板事故的原因之一 下面结合生产实践 对煤巷锚杆失效的原因进行分析 研究 锚杆失效的原因及其分析 锚杆支护参数设计不合理 锚杆支护参数设计包括 锚杆种类 锚杆几何参数 锚杆力学参数 锚杆 密度 锚杆间 排距 锚杆安装角度 钻孔直径 孔深 锚固方式和锚固长度 锚杆预紧力矩或预紧力 锚杆锚固力拉拔试验结果 支护参数设计的合理性直接影响到锚杆支护的效果 晋煤集团现采用工程 类比法 数据模拟法进行支护设计 设计本身不可能将各种地质变化情况考虑 在内 这就存在一定的局限性和缺陷性 在施工过程中 遇到特殊地质情况后 如果不及时修正支护参数设计 最终可能导致煤巷锚杆失效 地质因素影响 当煤层掘进巷道遇到地质变化 如 松软岩层 断层 褶曲 无炭柱 冲 刷带 顶板淋水增大 应力集中等情况 顶板多数较为破碎 且岩性松软 硬 度降低 致使锚杆在岩体中的锚固距离内不能形成有效的锚固力 顶板来压后 煤巷锚杆失效造成顶板离层 导致顶板事故 煤层节理 裂隙发育也是造成煤巷锚杆失效的原因之一 以晋煤集团寺河 矿 巷道 掘进断面尺寸 高为 宽为 面积为 为例 煤层平均厚度为 煤层倾角 煤质性脆 节理 裂隙较发育 含夹矸一般 层 层 距底板 处的夹矸厚度变化较大 局部可达 这条巷道采用大断面掘 进 掘进工作面迎头及两帮片帮严重 迎头深度可达 两帮可达 由于寺河矿 号煤的岩性非常特殊 虽然其抗压强度较 大 普氏硬度系数不小 但是由于煤体内部弱面极其发育 煤体松散 发脆 导致煤体整体的强度显著降低 自身承载能力很小 当下位煤体开掘后 上位 煤体失去支撑力 而自身又无法保持平衡 导致煤体垮落 采用锚杆 网 锚 索联合支护 仍不能完全避免巷道局部片帮 造成大面积锚杆失效 煤巷锚杆支护材质的影响 支护材质质量的好坏直接影响到支护质量的优劣 支护材质包括的方 面很多 其中锚杆杆体 锚固剂 锚杆托盘 螺母等是比较重要的几项 它们 的规格 性能 强度与结构的匹配至关重要 施工质量因素的影响 锚杆支护的施工工艺较为繁琐 人为因素影响较多 如钻孔直径 锚固 剂直径 锚杆直径三者之间的匹配 锚杆孔内粉末的处理情况 树脂药卷的搅 拌时间 锚杆的安装角度 锚杆预紧力的大小 托盘与煤壁接触的紧密程度等 每道工艺过程的实施都对锚杆的支护质量有较大的影响 因此 众多的人为因 素是造成锚杆失效的原因之一 降低锚杆失效的基本途径 锚杆支护参数设计必须合理 在锚杆支护参数设计中 力求充分考虑地质变化情况 保证在施工过程 中 根据地质情况的变化 相应修改支护参数 减少锚杆失效发生的几率 采用锚杆支护的煤巷顶板必须采用树脂锚固锚杆 煤帮锚杆可以根 据围岩特性进行选择 对于煤层顶板巷道 全煤巷道和大断面巷道 以及新盘 区巷道 新煤层巷道 或遇顶板破碎带 陷落柱 冲刷带 褶曲等地质条件 且岩性较软 层理 节理发育 应尽量选择高强度螺纹钢锚杆组合支护 并进 行加长或全长锚固 相反 则选择普通锚杆 现晋煤集团正在使用的锚杆种类 包含螺纹钢锚杆 圆钢锚杆 玻璃钢锚杆和其他锚杆 因寺河矿 成庄矿掘进 断面大 煤质较软 层理 节理发育 应首选高强度锚杆 老三矿 号煤顶底 板岩性较稳定 煤帮可以选择玻璃钢锚杆或其他的普通锚杆 锚杆几何参数包括直径 长度等 倾斜锚杆长度应保证锚杆锚固长 度伸入煤体上方 中部 顶部锚杆长度尽量使倾斜和垂直锚杆长度一致 并考 虑巷道帮与稳定岩层的距离选择合适的锚杆长度 锚杆直径设计要根据围岩特 点 如顶板破碎 应力大的巷道 应选用直径大的锚杆 如直径为 相反 对于顶板比较完整 变形量较小的应选用直径小的锚杆 如直径为 为此 在施工过程中锚杆几何参数要依据设计 也要适应不断变化 的围岩特性 否则 就会造成锚杆失效 锚杆力学参数包括屈服载荷 拉断载荷 延伸率等 锚杆设计要明 确这项内容 锚杆密度 即锚杆间 排距 选择合适的间距 排距 对于充分发 挥锚杆支护优点有着重要的意义 间距 排距的确定必须依据锚杆支护设计 锚杆密度太小 围岩变形得不到有效控制 锚杆密度太大 支护效果改善不明 显 反而造成支护材料的浪费 根据地质变化情况 及时修正锚杆间 排距 保证支护强度 减少顶板事故 锚杆安装角度 顶板中部锚杆安装角度应大于 巷道两肩部 的角锚杆必须倾斜布置 并与组合构件连接 与垂线呈 如果安 装角度不合理 很难在锚固区形成一个稳定的承载结果 不能确保顶板不出现 松散 垮落 因此在锚杆设计中必须选定科学的锚杆安装角度 钻孔直径与锚杆杆体直径之差应为 钻孔直径 与锚固剂直径之差应为 孔深度不超过锚杆长度 否 则不能达到要求的锚固距离 降低锚杆的锚固强度 导致顶板事故 因此设计 中必须确定科学的钻孔直径 锚杆直径 锚固剂直径 以保证这三径匹配 锚固方式 端部锚固 加长锚固 全长锚固 和锚固长度的设计要 根据围岩特性选定 锚杆预紧力和锚固力对于支护效果起着十分重要的作用 如果锚杆 对围岩的围压很小或为 锚杆安装后不能及时对岩层施加有效的挤压作用 则在岩层中无法及时形成支撑结构 只有当岩层发生一定的变形后 锚杆才会 产生载荷 这样 锚杆支护体系无法控制锚杆产生载荷前岩层内发生的离层 失稳 滑动 同时 岩层的变形 造成了岩层的载荷能力明显丧失 极大地降 低了整个支护体系的支护能力和支护效果 因此 低预紧力的锚杆支护体系 失去了锚杆支护的主动性和及时性的特点 容易发生顶板突然垮落等恶性事故 根据晋煤集团生产实践 在锚杆支护设计中 预紧力矩或预紧力 锚杆锚固力 设计合理值为 顶锚杆锚固力大于 预紧力矩大于 帮锚杆锚固力 金属杆体 以上 玻璃钢杆体 以上 预紧力 矩大于 遇地质变化时必须采取相应的技术措施 变更锚杆支护设计 提高支护强度 如适当增加锚杆长度 锚固距离 加 大锚杆密度 加托梁及钢带或挂网套棚联合支护等 避免锚杆失效造成顶板事 故 寺河矿大断面掘进巷道 如果遇到煤体较软或其他地质构造 掘后巷道成 型困难 可采用注浆锚杆 固化煤体 然后加大锚杆 锚索密度 加长锚杆 锚索的锚固距离 采用金属网补强支护等 防止锚杆失效 对煤巷锚杆支护用品的内在质量必须进行检测试验 煤巷锚杆支护用品的内在质量检测试验 必须由专门的质检部门负责对每 批次支护用品的材质 物理化学性能 机械性能等行业标准 支护设计要求的 有关指标进行检测试验 提出检测报告 对于检测不合格的产品定期向有关部 门 各生产使用单位进行通报 严禁下井使用 生产技术部门和使用支护用品 的施工队组 要把好入井关 对每一批次的锚杆 树脂药卷都要进行拉拔试验 并做好记录 当发现质量不合格产品时 生产队组可拒绝使用 生产技术部门 负责协调退货 避免人为因素造成锚杆失效 组织操作工人进行规程学习 使其了解施工工艺 技术要求 机具 的操作方法 掌握施工质量标准 并经集团公司锚杆支护技术专项培训合格后 方可持证上岗 变更锚杆品种时 要重新进行相应的培训 井下作业现场配齐各种检测工具 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 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