等强锚杆应用论文

1 等等强强螺螺纹纹钢钢式式树树脂脂锚锚杆杆 在在雁雁南南煤煤矿矿北北二二采采区区 东东翼翼 27 1层层二二区区段段掘掘进进工工作作面面中中的的应应用用 摘摘 要要 根据现用锚杆的缺点 雁南煤矿在北二采区东翼 27 层 二区段掘进工作面进行了等强螺纹钢式树脂锚杆的支护试验和应用 有效降低了巷道的维修量和支护成本 保证了安全生产 使用效果良好 具 有重要的技术 经济和安全效益 关关键词键词 等强螺纹钢式树脂锚杆 等强 巷道支护 实验 分析 前前 言言 在当今煤矿锚杆支护技术不断发展的今天 锚杆的结构类型 也随科学技术和实践的总结不断的完善和发展 高可靠性 高强度 高预应力 适应性强 结构合理 施工方便 等特点成为锚杆支护发展的新 思路 在我矿的采准巷道掘进过程中 巷道支护作为一项重点与难点工程 严重制约着我矿掘进工作的施工速度与质量 有的巷道难以支护 有的巷 道虽经支护 但受不稳定矿压影响 短时期内便产生顶板下沉 两帮内敛等 现象 导致翻修工程量增大 在这种情况下 有必要研究和引进新的支护工 艺与技术 改变巷道难支护的现状 提高我矿的巷道支护水平 等强螺纹 钢式树脂锚杆 这种结构类型的锚杆在 2007 年落户雁南煤矿 并在 北二采区东翼 27 1层二区段掘进工作面中得到实验和应用 2007 年雁南煤矿掘进生产总进尺 4558 米 其中煤巷 3584 米 岩巷 974 米 所施工巷道均采用 等强螺纹钢式树脂锚杆 经过 大量的实验 目前这种锚杆已经成功的在雁南煤矿生产中得到广 泛应用 并将以良好的支护效果和显著的经济效益日益显示出强 大的发展潜力 也会成为大雁矿业集团公司未来使用的主要支护 锚杆 2 一一 等强螺纹钢式树脂锚杆介绍 1 等强螺纹钢式树脂锚杆含义 该锚杆经过特殊加工工艺 充分利用了锚杆的杆体力学性能 使杆体 强度和杆体尾部螺纹强度一致 配用高强度快速安装扭矩螺母和球形托盘 不存在力学弱面 实现锚杆在力学上的等强 2 等强螺纹钢式树脂锚杆主要特点 1 该锚杆具有结构合理 全长等强 使用简便可靠 锚固性能好 强度 高 适应性强 施工快速安装方便 2 可实现端锚 全锚 锚杆杆体能实现与锚孔直径 树脂药巻直径的最 佳匹配 具有锚力强 延伸率高 3 等强螺纹钢式树脂锚杆技术参数 详见表一 1 锚杆技术参数 MSGLD 335 16 MSG 钢式树脂锚杆 L D 等强螺纹 335 屈服强度 16 杆体直径 表一 MSGLD 335 16 公称直径杆体内径杆体螺距自由膨胀直径横肋高度 16 158141 4 屈服强度 MPa 抗拉强度 MPa 延伸度 屈服载荷 KN 抗拉载荷 KN 335510256799 材质抗压强度直线公差长度 20M S 20T 50 T4mm m1800 mm 3 2 配件技术参数 螺母选用可快速安装工艺扭矩螺母 采用六角螺母 其技术条件符 合 GB T6170 GB T3098 2 的规定 锚杆托盘选用蝶形托盘 其承载力不小于杆体屈服载荷 规格尺寸长 宽 厚 125mm 125mm 8mm 4 等强螺纹钢式树脂锚杆使用方法 1 根据设计要求用锚杆钻机或煤电钻打眼 深度比锚杆长度短 80 100mm 2 用压风管伸入眼底 通过压缩空气 将孔内的岩粉吹净 3 钻孔直径要求比锚杆直径大 5 9mm 4 用锚杆将药卷送入眼底 启动搅拌装置进行搅拌 按树脂锚固剂要求 严格控制搅拌时间 5 达到固化时间后 套上托盘 拧紧螺母 二二 北北二二采采区区东东翼翼 27 1层层二二区区段段掘掘进进工工作作面面概概况况 1 掘进区域位置和地表关系 1 该掘进区域位于北二采区东翼二区段 27 1煤层内 2 该掘进区域的四邻关系为 东邻一矿井田西五 西六采区 已采终 27 号 煤层 西邻 27 煤层未开采煤体 北邻三段 27 1煤层准备回采工作面 南 邻 27 1煤层三区段回采工作面 3 该掘进区域距地表 120 290 米 地面无建筑物 无河流 无塌陷积水坑 有矿区柏油公路在本区西部穿过 该区域无地质钻孔 2 煤层及顶底板情况 1 27 1煤层为褐煤层 该煤层及围岩属于白垩系下统大磨拐河组中部含 煤岩段 其煤岩层走向为 196 230 倾向为 286 320 详见 27 1号煤 层有关特征见表二 2 27 1号煤层为中厚煤层 在该区域范围内的总体平均厚度为 5 85 米 4 其煤层结构为 1 91 0 13 0 30 0 05 2 01 0 10 0 45 0 05 0 85 本煤层在 该区域范围内的稳定性属较稳定 3 本区域 27 1号煤层的伪顶为 1 50 米厚的泥岩 固结性较好 较硬 遇 水膨胀变松软 直接顶为 9 36 米厚的细粒砂岩 胶结性较差 较松散 老顶 为粉砂质泥岩 胶结性较差 较松散 其直接底为 2 04 米厚的泥岩 固结性 较差 较软 遇水膨胀变软 泥岩之下为 272号煤层 黑褐色 块状 木质结 构 272号煤层之下为泥岩 固结性较好 遇水膨胀变软 表二 项 目单 位指 标 煤 层 厚 度最大 最小 平均 M 6 91 3 69 5 85 煤 层 倾 角最大 最小 平均 15 6 10 煤 层 硬 度磨 氏 硬 度1 3 煤 层 层 理发 育 程 度发 育 煤 层 节 理发 育 程 度发 育 煤 层 灰 分Ad 25 56 煤 层 容 重T M31 23 三三 等等强强螺螺纹纹钢钢式式树树脂脂锚锚杆杆在在实实验验巷巷道道中中支支护护参参数数的的确确定定 1 锚杆直径及锚固力的确定 Q KHD2R 2 0 8 0 82 2 5 2 56T 锚固力设计 5T 满足要求 式中 K 锚杆安全系数取 2 H 较弱岩层厚度取 0 8m R 岩石容重 取 2 5T m3 m 锚杆杆体直径根据杆体承载能力与锚固力等强原则确定 即 d 35 52 Q t 1 2 式中 Q 锚固力 KN T 通过对速凝水泥药卷 树脂药卷与 16 等强锚杆 5 配合的拉拔实验均大于 5T Q 取 50KN t 杆体材料抗压强度 Mpa 则 d 35 52 50 510 1 2 11 12 取 d 16 11 12 根据上述计算 设计 16 等强锚杆的锚固力 5T 能满足支护要求 2 锚杆长度 按悬掉理论计算确定 锚杆长度按下式计算 L L1 L2 L3 L1为锚杆外露长度 根据 等强锚杆螺母厚度 木垫板厚度 铁垫片厚度等 取 L1 0 15 M L2 为锚杆有效长度 L3为锚杆锚固端长度 根据拉拔实验确定在煤 巷中取 0 5 M 岩巷中全长锚固 当围岩松软时 L3还应当加大 L2有效长度的确定 通常是确定巷道顶板松动圈的高度 在 类 型围岩中松动圈为 40 100 取 100 因此按松动理论计算 锚杆长度 L L1 L2 L3 0 15 1 0 0 5 1 65 m 实践应用中使用 1 8 m 1 65 m 见附图一 3 锚杆间 排距 按悬掉理论计算 锚杆按等距计算 即 a Q K L2 1 2 a 间 排距 Q 锚杆锚固力 K 锚安全系数 一般取 K 1 5 2 岩石容重 KN m3 a Q K L2 1 2 50 2 26 1 15 0 84 m 该工作面锚杆间 排距参数取 0 7 m 0 8 m 岩巷根据岩性取值还要 小 见附图一 6 四四 实验实验步步骤骤 1 根据钻头直径 30 和锚固力 5T 选择树脂锚固剂规格型号为 28 长度 500 2 按设计要求杆体长度和外露长度 确定钻孔深度比杆体全长短 80 100mm 3 用压风清扫眼孔浮尘 4 搅拌安装工具根据现场动力条件 可采用电煤钻加连接头 紧螺母可 采用手动板手 5 根据设计锚固长度 用杆体将选用的锚固剂送入孔底 启动搅拌器带 动杆体旋转 30 5 秒 匀速推进到孔底 6 卸下搅拌器后 及时在孔口将杆体楔住 固化前不要使杆体移位或 晃动 安装顶眼时尤为重要 快速 15 分钟后测试锚固力为宜 7 快速为 7 分后上托板 旋紧螺母后采用手动扳手进行锁紧 扭距不得 小于 100 Nm 8 待锚固时间 15 分钟后 安装锚杆拉拔机 对其锚固力进行测定 见 锚杆拉拔力位移曲线图二 7 强度变化曲线 0 设计值 5 规定外露长度 100 极限值 从曲线图中可以看出锚杆拉拔机对锚杆产生拉力作用 随着拉力的增 加锚杆锚固强度曲线 Q 也随之增高 达到锚杆锚固强度极限时强度曲线 Q 处于锚固临界点 当超过锚杆锚固强度极限时强度曲线 Q 随着锚杆被拉出 而急速下降 失去锚固作用 从而失效 9 在锚杆抽样拉拔数量上 按照每安装 300 根锚杆选取 3 5 根进行拉 拔实验 由技术人员现场操作并做好拉拔实验记录 见表样三 表样三 序号实验地点27 1 层二区段回风顺槽 B9 点东 10 5 米 1锚杆规格 16 1800 螺纹钢 2铁托盘规格 125 125 8 3药卷规格 28 500 树脂药卷 4打眼位置正顶左 腮右腮左帮右帮 5使用药卷数量 根 11111 6搅拌时间 S 1515151515 7打眼深度 17101700169017101720 8打眼角度与巷壁交角90 90 90 90 90 9打眼直径 3131323132 10 操作时间 2007 2 8 11 操作人员王贵鹏 董建华 12 等强锚杆拉拔记录 13 拉拔试验值 14MPa 5 6t 15MPa 6t 14MPa 5 6t 13 5Mpa 5 4t 14MPa 5 6t 14 拉拔前锚杆外漏长度 110115123114110 15 拉拔后锚杆外漏长度 110115123114110 16 拉拔效果 达标达标达标达标达标 17 操作时间 2007 2 11 8 18 操作人 王贵鹏 董建华 根据现场情况 对所测锚杆打压实验 按照规定操作步骤在该个工作面 共抽取了 655 根锚杆进行实验 抽样率为 1 3 其中合格 637 根 失效 18 根抽样合格率达到了 97 25 并在巷道内每 50 m 80 m 设置一组顶板离 层观测指示仪 对围岩变形情况进行全程监控 五五 等等强锚强锚杆技杆技术术合理性分析合理性分析 1 采用该锚杆具有等强性 在过去多沿用车丝或套丝加工锚杆螺纹 这不仅是丝扣部分杆体截面减小 而且是杆体在单向受拉过程中 丝扣部 分首先出现塑性变形 并达到强度极限而破坏 杆体部分的强度和变形未 发挥出来 严重影响锚杆的综合锚固力 改变工艺加工锚杆螺纹 能完全克 服上述问题 可使承载力提高 30 伸长率提高 10 倍 使其成为等强度可 伸型锚杆 2 采用冷拔工艺能提高锚杆强度 冷拉或冷拔是提前对材料在常温下 均匀预拉伸 使其产生塑性变形 从而提高杆体强度和屈服点 提高锚杆锚 固力 3 采用特殊对接技术使锚杆具有等强可伸性 无论车 套丝还是滚丝 加工杆体螺纹 都会使杆体有效断面减小 影响锚杆锚固力及可伸性 而采 用异直径特殊对接可使杆体螺纹部截面加大 从而提高杆体抗拉强度 能 有效地控制巷道变形 4 当煤岩层层 节理发育时 以往的普通锚杆会随着爆片帮 掉顶等现象的发生 锚杆本身也会失去对煤岩层的支护作用 等 强螺纹钢式树脂锚杆能够充利用杆体全螺纹的特点克服随着锚杆 外露的不断增加可以继续旋紧螺母 从而保证锚杆对煤岩体的主 动支护作用 5 操作简单方便 减少操作时间 提高劳动效率 六六 矿压观测矿压观测及及结结果分析果分析 9 经工程监测 采用等强螺纹钢式树脂锚杆锚固并配以高强度钢托盘 木托盘支护 具有一定的刚性 一定的预应力和较强的柔性让压作用 使围 岩能及时得到控制 增强围岩的整体性和稳定性 减少了巷道变形 顶底板移近量比普通端头锚固锚杆支护巷道 顶底板移近量减少了 28 31 两帮移近量减少了 15 64 成巷速度由过去的每月 350 m 左右 提高到每月 450 m 左右 工程验收合格率为 100 具有很好的实用价值和 推广意义 在未投入等强螺纹钢式锚杆之前 大部分锚杆支护采用的是普通锚 杆端头锚固形式或水泥药卷全长锚固 使该工艺在应用过程中存在锚固强 度低 锚杆受力易断裂的弊端 如果采用该类型锚杆 锚固方式为树脂药卷 端头锚固或全长锚固 这样 将大大增强锚杆强度 同时加大了锚杆与药卷 之间 药卷与岩面之间的接触面积 增大了握紧力 增强了对围岩的锚固力 对围岩形成一个均匀压缩带 把围岩周边一定范围的岩石均匀压缩成能承 受一定载荷的稳定岩体 承载环 使围岩的强度和承载能力得到充分发挥 变荷载为承载体 使围岩保持稳定 起到有效支护作用 而且与普通锚杆相 比 本工艺在围岩破碎 层间错动时仍能保持较高的锚固力 不会因围岩松 动而脱落 显示出极大的优越性 和网喷支护相配合 效果更好 七七 经济经济合理性分析合理性分析 1 用等强锚杆由 32 mm 钻头改为 30 mm 钻头 打眼速度提高 20 掘进速度可提高 20 07 年我矿计划生产进尺 3850 米 全年实际完 成 4558 米 掘进率提高 15 5 保证了全年掘进任务的顺利完成 2 采用等强锚杆 提高了锚固效果 支护阻力按其屈服强度计算 比 16 mm 普通锚杆提高了 1 49 2 69 倍 增强了巷道的整体锚固效果 与同 一翼相同地质条件的煤层 27 1层三区段掘进巷道维修量相比 巷道变形量 和翻修量大大减少 巷道翻修量由原来的 791 米减少到了 458 米 下降了 42 1 从而大大降低了材料的使用和工作人员的劳动强度 为企业减少 10 了成本的投入 也改善了劳动条件 3 掘进速度的提高 可缓和采掘关系 为雁南煤矿的长远发展奠定基 础 从长远来看有较大的社会效益 4 结合等强锚杆的自身特点 经过大量的实验和观测 该锚杆 有效的控制了巷道围岩的变形 从而提高了巷道支护的安全系数 为我矿的安全工作打下良好的基础 八八 建建议议及及不不足足 1 在实际安装操作过程中 因锚杆尾部对于药卷的搅拌效果不 好 这样不能使药卷得到充分混合 从而达不到锚固效果 这也是 在实验过程中锚杆打压不合格的主要原因之一 在锚杆尾部增加 搅拌装置 使药卷充分混合 达到要求 2 工作人员操作不熟练 不能按照操作要求认真完成 锚杆的 安装和搅拌环节很重要 操作不能按照规定步骤进行 必然造成 锚杆失效和锚固力达不到要求 也是在实验中锚固力达不到要求 的重要的原因之一 加强技术指导 加强工作人员的业务熟练程 度是解决这一重要环节的关键 3 根据现场实验表明 在药卷搅拌过程中由于药卷搅拌破碎后 药液会随着杆体向外流出 锚固端会存在药液充填不实从而不能 保证锚杆的锚固力 打压过程中往往出现还没有达到规定锚固力 锚杆就会被拉出的现象 在距杆体尾部 400 处增加压环用来克 服这一缺点 4 加强支护用品的检查检测 对失效和不符合标准的一律严禁 使用 九九 结结 论论 11 1 实践证明新型锚杆支护技术可靠 经济合理 在我矿乃至整个矿区 巷道支护中可以得到推广和应用 2 由于普通锚杆在锚杆头和尾有力学弱面 不能实现整个杆体等强 该 锚杆充分利用了杆体力学性能 使杆体强度和杆体尾部螺纹强度一致 不 存在力学弱面 实现锚杆在力学上的等强 减少了锚杆的受力损坏 大大提 高了锚杆的可靠性 3 等强锚杆具有锚固力大 锚杆强度高 能适应围岩破碎及岩层的层 间错动的优点 在巷道支护的应用过程中配合网喷技术 能有效支护围岩 保持围岩的稳定 减小巷道维护和维修的工程量 为企业创造了更佳的经 济效益和社会效益 作者 傅玉声 尹志强 王仲全 梁帮龙 付永志 张建辉 董建华 王贵鹏 单位 雁南煤矿 12 等等强锚强锚杆技杆技术术合理性分析合理性分析 1 采用该锚杆具有等强性 在过去多沿用车丝或套丝加工锚杆螺纹 这不仅是丝扣部分杆体截面减小 而且是杆体在单向受拉过程中 丝扣部 分首先出现塑性变形 并达到强度极限而破坏 杆体部分的强度和变形未 发挥出来 严重影响锚杆的综合锚固力 改变工艺加工锚杆螺纹 能完全克 服上述问题 可使承载力提高 30 伸长率提高 10 倍 使其成为等强度可 伸型锚杆 2 采用冷拔工艺能提高锚杆强度 冷拉或冷拔是提前对材料在常温下 均匀预拉伸 使其产生塑性变形 从而提高杆体强度和屈服点 提