锚杆、锚索支护存在的问题

1、锚杆、锚索支护存在问题及改进措施本矿从2000年开始大力推广锚杆、锚索支护，锚杆、锚索支护便作为主 要支护方式被推广应用：岩巷、半煤岩巷以锚网喷支护为主，煤巷以锚网带（梁） 支护为主，特殊地点（如顶板破碎、交叉点等跨度较大断面）加打锚索，架棚 仅作为一种补强手段。锚杆、锚索支护效果好、成本低的优点得到较好体现， 对新峪煤矿高产高效建设产生了巨大影响和作用。然而，从目前看，所揭露的巷道围岩赋存条件复杂，具有不确定性，地质 预报手段落后，不能完全满足锚杆、锚索支护设计的需要，加上施工过程中控 制及锚杆、锚索支护的隐蔽性，锚杆、锚索支护的安全质量必须有足够的保证。一、影响锚杆、锚索支护的质量的主要因

2、素：1、锚杆、锚索支护设计不够科学。锚杆、锚索支护设计时绝大多数采用工 程类比法，支护形式和参数不尽合理，有可能支护强度太高，造成支护强度过 剩，浪费了材料；再者在松、散、软等特殊地质条件下支护强度可能不足，出 现片帮、冒顶事故。2、锚杆、锚索支护材料的质量不能完全达到要求。如钢材质量、加工的螺 纹质量、树脂药卷质量均直接影响支护质量。3、锚杆、锚索支护监测仪器与技术不能满足现场施工需要。常用仪器的精 确度、实用性不尽完善，不能完全真实反映锚杆、锚索支护效果。4、现有技术条件下，施工因素是直接影响锚杆、锚索支护质量的关键环节。 施工人员对锚杆、锚索支护理论的系统认识不够，对锚杆安装质量不到位，

3、不 能完全按设计施工。施工中常见的巷道成型差，锚杆托板不切岩面，造成锚杆 失效；安装过程采用的机具、工艺不同，导致临近锚杆安装后预紧力不同，支 护阻力增长不同均影响了支护效果。5、由于高强预应力锚索和全螺纹锚杆的延伸率的不同，致使迎头在施工完 锚杆后，补强锚索支护，造成局部锚杆被压出，托盘松动，预紧力丧失，作为 锚杆、锚索支护的效果较差。而锚索成为主要支护，造成锚索的破坏。6、现场顶板锚索施工过程中，顶板多为倾斜方向，不平整，水平度较差， 而锚索的安装方向多为铅直方向，造成锚索托梁安装方向与锚索的安装方向不 一致，致使分解了锚索的承载力，并受剪切而破坏。7、“三径匹配”：使用的药卷为22335

4、,钢绞线直径为15. 24mm，过去习惯 采用与锚杆钻孔匹配的28mm的钻头，造成眼孔径过大，致使药卷与孔壁之间 粘接附着力降低。8、使用左旋钢绞线，在大扭矩搅拌器具旋向为右旋的情况下，安装钢绞线 时，不能破股旋进，从而导致树脂药卷搅拌不均匀。使用右旋锚索钢绞线与钻 机旋向相同，药卷是充分搅拌了，但其破股现象比较严重，造成整体性强度下 降，降低了右旋锚索钢绞线的整体承载能力，致使出现已经安装的右旋锚索钢 纹线断裂。即使没有断裂的右旋锚索钢绞线，也已经出现了强度损失，处于断 裂的边缘，对于巷道的支护是一个潜在的隐患。二、从支护设计方法放手确保锚杆、锚索支护的质量1、受矿井开采范围扩大和施工速度的

5、加快，地质条件千变万化的影响，及 时进行巷道围岩地质力学测试，完善对顶板围岩的分类，借鉴先进技术经验， 使用锚杆、锚索支护动态设计方法，及时修正支护方案和参数，为实现锚杆、 锚索支护设计的及时性、科学性提供设计保障。2、锚索支护的改进及解决方案在锚索锚固的范围内，岩体处于相对整体平衡状态，但是在此段岩体 内部却发生着岩体的离层和重新组合状态，锚索内端段岩体离层下移，造成锚 杆段作为一个整体的相对下移，锚索段压力越大，就会出现离层较大，内部岩 石也会越压越实，致使锚杆段下移也会较多，出现锚杆托盘松动，预紧力丧失， 造成锚杆的支护强度降低。针对两种支护材料延伸率的不同，采取在锚索托梁的上方铺垫木批

6、或木鞋 等，以增加锚索的延伸吸收变形量，使其缩小和锚杆之间延伸率的差距，尽量 保持同步；如果出现上述锚杆“压出”现象后，应及时地将此类锚杆进行预紧， 增强锚杆的承载能力，不至于出现锚杆不承载，而只有锚索承载的现象。如果 作为迎头临时支护的补强措施，在工作面迎头施工过后，要进行锚索的加强支 护，以提高锚索和锚杆对顶板的承载，加强对顶板的支护，从而起到对巷道的 支护。在现有的地质条件下，将托梁衬垫为水平状态，衬垫物可以采用硬质 木块或钢铁制品、以减少客观上的承载力分解损失。在托梁两端压接顶板钢带， 造成托梁的端头接触，托梁的里部悬空，这就是所谓的点接触，在施工过程中 将里部悬空部分用木批等进行铺垫

7、接实，不仅可以增强托梁的面接触，同时又 可以增加其吸收变形，缓解锚索延伸率低的缺陷，从而提高其承载强度。“三径匹配”：钻头优先选用27mm，尽可能的发挥各部分的效能。(4 )根据钻机的旋转方向和锚索钢绞线的整体配合作用，采用左旋式锚索， 以增强整体的效果。在安装时将内端头进行约20 一 30cm的人为破股，以增加 搅拌的充分性，以此来解决搅拌不充分的问题，在现场施工中收到了较好的效 果。在使用过程中，注意锚索配件(锁头、锁片)的配套使用，诸如锁片的切 口旋向等。三、把好支护材料的验收关支护材料的选择关键是选择管理人员，管理人员必须懂得支护业务，改变 进货只验收数量不管质量的习惯，杜绝有什么材料

8、就进什么材料的现象。同时 矿与厂相结合，联合进行锚杆、锚索支护新新产品的研制、开发和加工。四、提高锚杆、锚索支护质量监测手段将综合监测和日常监测相结合，使用高性能监测仪器，以监测数据保掘进、 回采安全和支护设计的合理性，更好地为支护质量服务。五、确保施工安装质量的措施1、积极对全员进行组织培训以实例和深入浅出的方法使职工的锚杆、锚索支护理论有系统的认识，以 实例解释锚杆施工工艺的原因，从思想根源上解决问题。2、对锚杆、锚索支护施工质量实行全员、全方位、全过程安全管理生产队、组、个人是实施锚杆、锚索支护的关键，是保证质量的首要环节。队必须建立健全严格的锚杆、锚索支护质量验收制度从掘巷质量、支护时

9、 间到锚杆眼深度、角度、锚固剂搅拌时间、锚杆预紧力、锚固力、间、排距均 有严格的管理制度，施工环节严格按照作业规程作业，确保施工质量。同时， 建立施工质量终身追究制度，做好标记、记录，建立施工档案，使每根锚杆都 有据可查，有问题直接可查施工人员及相关责任人，从施工源头上控制支护质 量，确保安全生产。加强地质预测、预报及监督检查工作。队、管理科室配备足够技术力量， 一方面对围岩状况和支护效果信息及时反馈，另一方面对锚杆、锚索支护巷道 实行班检、日检、矿抽检相结合进行监督检查。做到问题早预测、早发现、早 处理，对施工质量多设一道坚固防线。3、影响锚杆、锚索支护质量的关键又易被忽视的问题（1）施工中

10、减少对巷道底板破坏。（2）按设计保证帮锚数量。（3）严格控制支护时间。（4）严格控制锚杆眼深度。（5）钻孔直径、锚杆直径、树脂药卷直径之间的匹配问题有保证。（6）对初锚力有特别要求，以发挥锚杆主动支护作用，对不同类型、不同 直径锚杆螺母扭矩有不同要求。（7）二次补强（重新紧固）时间和强度有保证。（8）后巷失效锚杆及时处理。煤巷锚网索支护顶板事故的预防水峪煤矿是一座大型的现代化矿井，主采山西组9#10#和11#煤层。目前 主要掘进巷道分别布置在五采区和六采区，采区回采巷道除个别过断层、顶板 破碎带地段采用U型钢可缩支架支护外，其余均采用锚网索支护，采区部分开 拓准备巷道也采用了该支护方式。在煤巷

11、掘进过程中，水峪煤矿通过采取合理 确定支护参数、强化现场施工管理和顶板监测，重点做好后路顶板维护和掘进 工作面迎头工程地质条件监测等措施，成功杜绝了煤巷掘进顶板事故，取得了 显著成效。1支护作用原理煤巷锚网索支护是锚杆、锚索、塑料网、金属梯形梁或W钢带联合支护， 共同支撑煤巷顶板的一种新型混合支护技术，它的作用原理就是利用锚网索支 护强化和提高巷道顶板一定范围岩层的抗剪压能力，形成强化承压拱，抵抗巷 道围岩变形，达到支撑维护巷道的目的。其具体作用就是通过对顶锚杆在一定 预紧力作用下进行端锚，使端锚范围内的复合岩层在锚杆的弹性压缩下形成组 合梁，同时利用锚固于稳定岩层中的锚索对给合梁在一定预紧力

12、作用下进行悬 吊，进一步增强组合梁的支护强度。2顶板事故预兆煤巷锚网索支护是利用巷道围岩自身进行主动支护。围岩变形有一个从弹 性到塑性，最后丧失抵抗力的过程，这种特性决定了锚网索支护的煤巷顶板变 形要经过一定变形量的积累，当顶板变形量积累达到一定程度，就会导致煤巷 顶板突然垮塌造成顶板事故。锚网索支护煤巷板变形过程往往引发一系列压力 显现，出现顶板事故预兆：1）顶板出现局部离层掉渣，在塑料网上形成网兜，严重时造成顶锚杆失效。巷道两帮收敛，顶板下沉，梯形梁或W钢带开始出现折叠现象。巷道底板鼓起，轨道变形，梯形梁变形，W钢带或顶锚杆断裂。顶板岩层爆响，顶板离层监测仪显示离层加剧。锚索承载力增大，锚

13、索托盘变形，出现放射状绞理，严重时锚索断 开失效。3顶板事故的预防3.1合理确定锚杆锚索支护参数根据工作面地质条件，合理参照邻近工作面地质力学评估资料，依据 秦巴列维奇理论按自然平衡拱原理对掘进工作面围岩破坏范围和围岩压力进行 计算。并以此为依据，结合其他矿井的生产实践合理确定锚杆锚索支护参数。 图1是秦氏理论的计算模型。图1秦氏理论的计算模型3.1.1巷道围岩破坏范围的计算煤巷两帮煤体受压破坏深度c=Htan(45-02)式中c煤体受压破坏深度，m；H巷道高度，m;6煤的内摩擦角，e=arctan(f)=45。，f=1巷道顶板潜在的冒落拱高b1=a1/u=(a+c)/(Rc/1 000)式中

14、b1巷道顶板潜在的冒落拱高，m;a承受弯曲的悬臂岩层的半跨距，m;Rc巷道顶板岩石的抗压强度，N/cm2顶板压力Q=4a1b1r1/3=4(a+c) bl r1 /3两帮煤体侧向压力Q =(2b1r1/y+H)/2H tan2(45-/2)式中Y为煤的体积重量，kN/m3。3.1.2合理确定锚杆锚索支护参数依据巷道围岩破坏范围的理论计算值，辅以工程类比，结合其他矿井 的实践经验，回采巷道锚杆锚索支护参数确定如下：轨道顺槽 断面形状矩形，净宽3.4m，净高2.8m。顶板锚杆选用 22mm x 2200mm的20Mnsi左旋无纵筋螺纹钢。设计锚固力100kN,间距800mm, 排距750mm。巷道

15、顶弧靠近两帮各布置1根角锚杆，向煤壁斜上方倾斜15。 顶锚杆每排5,用1根长3.3m的W钢带或梯形梁连接起来，锚杆锚固剂选用 Z2335, K2335型树脂药卷各1卷。帮锚杆布置在两排顶锚杆之间，与顶锚杆交错布置。帮锚杆选用16mm x 1800mm的A3圆钢锚杆，挡圈距杆尾300mm。设计锚固力40kN,间距700mm, 排距700mm。锚固剂选用K2335和Z2335型树脂药卷各1个。顺槽顶板两端各布置1道锚索，锚索长5m,锚固长度1.5m，每条锚索 采用CK2355, K2355, Z2355药卷各1卷，预紧力不小于150kN,锚固力要求在 260kN以上，锚索距帮1.0m布置，间距1.

16、6m,排距2.1m,每根锚索配1块300mm x 300mm x 16mm的钢托板。2 )运输顺槽 断面形状矩形，净宽3.8m，净高2.8m。顶帮锚杆参数、 材质、锚固剂用量及型号同轨道顺槽，间距800mm，排距750mm，巷道顶板靠近 两帮各布置1根角锚杆，向煤壁斜上方倾斜15。顶锚杆每排6根，用1根长 3.7m的W钢带或梯形梁连接起来，锚杆锚固剂选用Z2355, K2355型树脂药卷各 1卷。运输顺槽帮锚杆布置同回风顺槽。运输顺槽顶板两端各布置1道锚索锚索距帮1.2m，间距1.6m，排距2.1m，其它要求同轨道顺槽。3）切眼断面为矩形，净宽6m,净高2.8m。顶锚杆间距600mm,排距70

17、0mm, 顶角锚杆布置同工作面槽，每排9根锚杆，用2根长3.0m的W钢带连接，锚固 剂选用K2355、Z2355型树脂药卷各1卷。帮锚杆布置在两排顶锚杆之间，与 顶锚杆交错布置。空帮侧帮锚杆间距700mm，排距700mm，其参数、材质、锚固 剂用量及型号同工作面顺槽。煤帮侧锚杆选用长1.6m的玻璃钢锚杆。切眼锚索距帮0.85m布置，锚索间距1.5m,排距1.4m,每排4根锚索， 其它要求同工作面顺槽。4）其它材料锚索 采用低延伸率钢绞线，直径15.24mm，由7根直径5mm钢丝组 成，强度级虽1 860MPa,破坏负荷不低于260kN。托板 每根顶锚杆配备1块直径120mm、厚10mm熟钢圆托

18、盘网 巷道全周边铺设铁丝网，顶帮辅严，网边搭接100mm。3.2加强施工现场管理，抓好锚杆锚索的安装质量1）炮掘工作面全面推广煤巷光爆技术，充分利用手持式风动钻机钻头 直径小和炸药小药卷技术，通过合理调整眼位和药量，尽量减少爆破作业对煤 巷两帮的破坏，保证煤岩的完整性。机掘工作面综掘机司机要尽量将两帮煤壁 割直旋齐，减少欠，超挖现象发生。2）严格按设计要求的角度、间排距钻设锚杆（锚索）孔，落煤后及时 组织人员找好顶帮，由当班质量验收员按设计要求定位标记锚杆（索）眼位， 同时在钻杆上做标记，保证打眼深度，跟踪监督检查锚杆（索）的安装，确保 锚杆（索）的安装质量。3）施工打眼时要严格按标记深度钻眼

19、，锚杆眼的深度应小于锚杆长度 50mm，误差不超过10mm，以利于锚杆安装后托板贴紧煤壁。4）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铁 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100N - m, 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

20、。锚杆端部必须推至眼底，尾部外露长度不小于50mm。5）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。6）矿、科、队三级各自建立质量管理机构，质量管理小组每天对所属 掘进工作面锚杆、锚索的安装质量等进行日常考核验收，安监员巡查和综合安 全质量大检查的形式对全矿锚网索支护巷道进行抽查，发现锚杆、锚索安装质 量达不到设计要求的就严肃处理。3.3加强顶板观测，及时获得顶板稳定状况的信息1 ）锚网索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