浅析锚杆支护工艺

1、    浅析锚杆支护工艺    摘要：锚固工程失事的原因很多，本文分析了锚杆在螺母紧固根部断裂的原因，重点分析了由于支护工艺不合理造成的支护失效，提出了规范的锚杆支护工艺。关键词：掘进巷道 锚杆支护 支护工艺1 概述锚杆支护的主要作用是控制锚固区围岩的离层、滑动、张开裂隙等扩容变形与破坏，在锚固区内形成次生承载层，最大限度的保持锚固区围岩的完整性，避免围岩有害变形的出现，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。为此，应采用高强度、高刚度的锚杆支护组合支护系统。高强度要求锚杆具有较大的破断力，高刚度，要求锚杆具有较大的预紧力。锚杆支护是通过锚杆给围岩施加一定的压

2、应力，改善围岩的应力状态，所以，锚杆支护不仅锚杆要有较大的破断力，更重要的是必须有科学的施工工艺，才能保证有较合理的预紧力。锚杆支护工艺及技术不规范，不达标，会导致锚杆的支护质量达不到设计要求，使顶板支护失效。锚杆支护具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等优点，使得锚杆支护在井巷支护得到广泛应用。澳大利亚4e00系列四臂锚杆机，因其安全、高效，在神东及周边矿区广泛引用。但据笔者调查，发现几乎所有使用该型锚杆机的施工单位，没有能够正确掌握锚杆支护施工工艺，自然锚杆支护质量达标率低，顶板管理隐患大。2 井巷掘进基本情况神东矿区位于晋、陕、蒙三省区交界，位于鄂尔多斯大型聚煤盆地

3、的东北部，均发育于鄂尔多斯盆地延安组，煤层顶板岩性多为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，有少量的泥岩及中粗砂岩，地质构造简单，岩层裂隙不发育，属于坚硬岩石类型。但矿区煤层埋藏浅，以薄基岩厚松散层为主要地质特征，具有松散层内含水局部较厚的水文地质特征，极易发生涌水溃沙事故，顶板管理困难。由于神东矿区掘进及回采设备配套主要为进口美、德、澳等国，为实现高产高效，设备机型较大，为便于高效快速运输，掘进巷道宽度设计多为5-6m，巷道顶板支护主要选用锚杆锚固，特殊地段加设锚索钢带或网片支护。3 神东哈拉沟煤矿锚杆支护问题神东哈拉沟煤矿12煤102、103顺槽巷道宽为5.4m，巷高为2.4m，由于顶板破碎，设计支护

4、方式为锚杆加钢筋网、锚索加钢带联合支护。巷道掘好放置一段时间后，多处锚杆出现在紧固螺母处断裂的现象，顶板支护严重失效，顶板有冒落下沉的重大安全隐患。预应力锚杆结构由锚固段、弧拉段（自由短）和锚头组成。一般情况下锚固工程失事案例发生在锚头或张拉段（自由段）近端，从而易产生突发性破坏。但12煤现场捡获的锚杆断头实物，全部在螺母紧固根部断裂。12煤使用锚杆型号为msglw-235/16，材质为q235，查验检验报告符合标准质量，问题主要应为支护工艺有疏漏。为了弄清锚杆断裂原因，消除由于锚杆安设问题而存在的安全隐患，对此问题进行了调研、测试、分析。3.1 barton和choubey通过结构面抗剪强度

5、测定模型试验，提出了计算结构面抗剪强度的经验公式（1）：=ntanb+jrclg（jcsn） （1）式中：为结构面抗剪强度（mpa）；jrc为结构面粗糙度系数；jcs为结构面两侧岩体的抗压强度（mpa）；n为作用在结构面上的正应力（mpa）；b为岩体的内摩擦角（°）。设锚固承载层的抗压强度为jcs1，锚固岩（土）体抗压强度为jcs2，承载层与锚固岩（土）体构成一个有机整体，其等效抗压强度为jcs=min（jcs1，jcs2） （2）锚固承载层刚度较小，即jcs1=n< jcs2时，jcs=n，lg（jcsn） =0。锚固承载层刚度较大，即jcs1=n>jcs2时，jcs=

6、jcs2，lg（jcsn） <0。因此，预应力锚杆所施加的压力如果过大，不仅对承载层材料要求很高，而且在界面抗剪切能力反而减小，因此，应尽量小于岩土体的抗压强度。神东公司根据所属矿井的地质结构，及m16/5.6普通碳钢螺栓扭矩，测算规定，16锚杆的预紧力为100n.m。3.2 根据走访调研该矿及周边矿井，所有使用四臂锚杆机的掘进队，均不清楚规范的支护工艺。各队存在共性问题为：锚杆机普遍不完好。钻箱手动旋转减压阀损坏，压力表短缺。钻箱手动减压阀压力调整不当，有的过大有的过小，没有一个合适的。部分司机不清楚规范操作流程，使用自动打钻紧固螺母。锚杆机压力表装设不规范，不能有效实时监测负载压力变

7、化情况，指导司机操作。3.3 根据现场实际检测，当自动打钻时，马达最大压力能达到160-180bar。当自动打钻压力为180bar时，实际预紧扭矩达到250n.m以上。根据测试情况及现场断裂情况分析，12煤锚杆断裂可能有以下原因：利用自动打钻紧固锚杆时扭矩过大。4.8级的常用螺栓准用扭矩值为98n.m，而实际自动打钻时扭矩能达到250n.m，远远高于准用扭矩值，导致锚杆在预紧时丝杆损坏。锚杆材质达不到要求，锚杆丝杆强度不够。由于顶板破碎，凹凸不平，锚杆安装角度不正确，倾斜度过大，或托盘与锚杆不垂直，导致锚杆在紧固时，丝杆受剪切力较大，损坏丝杆，导致在顶板来压时提前断裂。（见表1）3.4 马达的

8、实际输出转矩t=p*v/2*m，式中p为马达进出口压力差，v为排量（m3/s），m为液压马达的机械效率。可以看出，不同的马达，由于使用时间、制造精度（装配精度）、系统配合（回液管路及滤芯、其他回路的跑冒滴漏）等状况的差异，均会导致p、m的不同，所以，不同的马达在相同的系统中运行，会有不同的输出扭矩。图1为该矿连采一队锚杆机手动打钻时，马达压力（bar）与实际预紧力（n.m）之间的曲线图，红线为1#钻机测试所得数据，粉线为2#钻机所得数据。4 结语提高锚杆支护强度，在很大程度上取决于锚杆支护的科学合理的支护工艺，根据以上分析，掘进队必须做到：重新修订锚杆机操作规程，必须是自动钻孔，手动紧固锚杆，并及时贯彻落实。要求操作规程详细描述操作流程，可操作性要强。检修工要加强锚杆机日常检修维护，保证设备完好。尤其压力表能实时监测负载情况（压力表接在msl孔上），将每个钻箱的压力与扭矩对照表张贴到锚杆机司机打钻时方便看到的地方，便于操作工及时掌握操作压力，对照测试扭矩表，能及时掌握锚杆扭矩，减少重复劳动，提高功效。检修工每天矫正钻箱手动减压阀压力，确保锚杆紧固到位，预紧力合格，支护效果好。通过现场实测情况，建议压力调整在8