預應力錨索在煤礦井巷工程中的應用與研究

1、    預應力錨索在煤礦井巷工程中的應用與研究    趙霄銘摘要：如今煤礦已普遍使用小孔徑預應力錨索，小孔徑預應力樹脂錨索對困難、復雜條件下的巷道支護所起的補強加固作用。本文以吳寨礦為例，首先介紹預應力錨索的結(jié)構及支護特點；接著探討了井巷工程支護技術；最后對支護效果及經(jīng)濟效益作出了分析。關鍵詞： 預應力錨索，支護，結(jié)構，支護效果abstract: coal mine has now commonly used small aperture prestressed anchor cable, small aperture prestressed ancho

2、r cable resin on the difficult, under complicated conditions of support on reinforcing reinforcement effect. this paper to wu village ore as an example, the first introduces the structure of the prestressed anchor and the support characteristics; this paper discusses the alley of engineering support

3、 technology; finally the supporting effect and economic benefits made analysis.keywords: prestressed anchor cable, supporting, structure, supporting effect中圖分類號：tu394文獻標識碼：a 文章編號：引言隨著煤礦開采深度的增加和礦區(qū)開發(fā)的不斷深人，在地質(zhì)條件復雜的礦區(qū)中，軟巖井巷支護愈來愈困難。在大深度、大地壓、復雜地質(zhì)構造區(qū)內(nèi)，由于地壓異常高，因此常規(guī)支護的井巷支護效果不是很理想，往往是前邊施工不久后方就發(fā)生破壞，維修后再次破壞。近年來

4、預應力錨索支護技術，在軟巖及大地壓下井巷支護和維護修復中取得了良好的效果。預應力錨索支護技術在國內(nèi)外近年來發(fā)展迅速,特別是在邊坡控制、交通遂道、水電壩基、基坑等加固工程中廣泛應用，最近幾年又引入到煤礦井巷工程中。預應力錨索加固圍巖技術的關鍵在于其預應力的大小及損失程度，只有保持足夠衡久的預應力才能夠提供最佳的錨固效果。一、預應力錨索的結(jié)構與支護特點1.1結(jié)構煤礦普遍使用的小孔徑預應力錨索根據(jù)錨固形式的不同，結(jié)構會有所差別，根據(jù)設計需要對端部進行一定長度的錨固。錨索由內(nèi)錨固段、鋼絞線自由伸縮段和外錨固段(包括托盤、錨具和鋼絞線)組成；全長錨固錨索體在鉆孔中與膠結(jié)體全長黏結(jié)錨固，一般不施加預緊力，

5、只用少量力把錨具設好即可。而我們最常用的為頂端局部錨固，錨索由內(nèi)錨固段和外錨固段2部分組成。結(jié)構如圖1。小孔徑樹脂錨固預應力錨索材料主要由索體、錨具、托板和樹脂錨固劑組成。錨索使用1×7標準鋼絞線，其特點是破斷力高、韌性好、低松馳，既有一定柔性，可盤卷便于運輸，又可實現(xiàn)自身攪拌樹脂藥卷快速安裝，非常適合在煤巷井巷工程中安裝使用。1.2支護特點小孔徑預應力錨索支護是錨桿支護技術發(fā)展中占有重要地位的一種支護形式，與普通錨桿相比，一是長度大(其他行業(yè)使用的錨索長度，可達4090 m，煤礦目前使用的錨索也在 520 m之間，所以錨索能夠遠遠超過圍巖松動破壞范圍而錨入到深部穩(wěn)定巖石中)；二是可

6、以施于預應力(預應力可以達到10006000kn，煤礦井巷中常用的也在 200kn以上)，且施工靈活,可以和其他多種支護形式進行組合使用。同時具有不縮小井巷斷面、工期短、安全可靠、節(jié)約資金等優(yōu)點,也能限制巖體的有害變形發(fā)展,從而保護巖體的穩(wěn)定，延長井巷的有效服務期限，而錨索支護產(chǎn)生的主動支護預應力之大和錨固范圍之廣又是其他支護形式所無法比擬的。二、井巷支護技術2.1 采場圍巖應力特征隨著上區(qū)段采場的采動影響及時間的延長，上覆巖層斷裂，并逐漸反轉(zhuǎn)下沉。當上覆巖層與鄰近采空區(qū)矸石接觸并壓實后，煤體變形基本穩(wěn)定，上覆巖體結(jié)構基本形成，煤體上方應力分布與底板應力分布組成了“壓力拱”模型，即存在兩個壓力

7、高峰“拱腳”。這兩個壓力拱腳實際上是與老頂兩端破裂部位密切相關的應力集中區(qū)，是該段巖梁的兩個端頭承載支點。煤體中的應力高峰是彈性應力高峰，矸石中的應力高峰是塑性應力高峰，在彈性應力高峰的采空區(qū)一側(cè)存在著一個相對低應力狀態(tài)的峰后煤體，若在其中布置巷道，支護荷載相對較小，這是沿空巷道支護的主要力學特征。2.2沿空巷道位置的確定沿空巷道位置選擇的主要原則是將巷道布置在采場周圍的相對低應力區(qū)內(nèi)，便于巷道的支護和穩(wěn)定，能夠有效提高煤炭資源回收率。有資料表明，支承壓力區(qū)的峰值通常位于與煤壁相距25倍的煤層采厚處，其值為(25)慨考慮到采空區(qū)邊緣煤體的松動范圍及錨桿支護長度，沿空巷道煤柱寬度取3 m；并一次

8、將工作面的沿空材料巷全部掘出，改變了以往沿空材料巷分段掘進的方式。2.3支護設計及主要技術要求要根據(jù)工作面的地質(zhì)條件，經(jīng)過綜合分析、工程類比，確定巷道采用錨桿、錨索聯(lián)合支護。據(jù)此，對巷道圍巖的應用研究，矩形斷面選用20mm×2.2 m的高強樹脂錨桿。間排距600800 mm，每孔使用3卷z2335樹脂錨固劑，巷道頂幫均勻鋪設金屬網(wǎng)并配以鋼筋梁組合支護；沿巷道中線對稱布置兩排錨索，間距2 m。錨索采用17.8 mm，長7.5 m的鋼絞線，加長錨固。因巷道圍巖應力重新分布，巷道上幫產(chǎn)生一定寬度塑性區(qū)。為防止該塑性區(qū)擴大，巷道掘出后應及時安裝錨桿，每根錨桿施加不低于50 kn的初錨力，錨桿

9、錨固力應大于80 kn。用樹脂藥卷錨固錨索時，張拉預應力不小于120 kn。2.4錨索施工工藝(1)地面準備：首先檢查鋼絞線，截去松絲、嚴重銹蝕和死彎部分，按設計長度截斷鋼絞線，除去鐵銹和污泥，在錨固頭安裝毛齒和擋圈，最后盤成圈。(2)鉆孔：鉆孔可采用錨桿鉆機或輕型專用錨索鉆機，可連接b19或b22鉆桿，2729 mm旋轉(zhuǎn)式鉆頭，施工工藝與錨桿鉆孔類似。(3)錨固：采用樹脂藥卷錨固時，按先后順序?qū)?根超快或快速樹脂藥卷和3根中速樹脂藥卷送入孔內(nèi)，用鋼絞線輕輕將樹脂藥卷送入孔底，用攪拌連接器將鋼絞線與鉆機連接起來，開動鉆機，邊攪拌邊推進。攪拌2030 s后，將鋼絞線送入孔底，不落鉆機停轉(zhuǎn)，等待l

10、2 min，落下鉆機，卸下攪拌連接器，完成錨索的內(nèi)錨固。(4)張拉：樹脂藥卷錨固后需養(yǎng)護1 h。然后再依次裝上托板、鎖具，并使它們緊貼頂板，掛上張拉千斤頂，開泵進行張拉。觀察壓力表讀數(shù)，達到設計預緊力時，停止張拉，卸下千斤頂。若鋼絞線外露過長，可用液壓剪剪斷多余的外露鋼絞線，一般外露250mm300mm。三、支護效果及經(jīng)濟分析根據(jù)該礦井巷錨桿支護礦壓觀測統(tǒng)計，留設3 m煤柱，應用錨索和錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護的巷道圍巖變形量明顯低于礦用工字鋼支護巷道的圍巖變形量，沿空巷道圍巖變形觀測結(jié)果如表1所列。由于該礦原綜采工作面運輸巷與附加材料巷(距上區(qū)段采空區(qū)40 m左右)首先掘出，待工作面系統(tǒng)形成后，為減少沿

11、空巷道維護時間，沿空材料巷隨工作面推進分段掘進。使用該項技術后，原來的附加材料巷可以省去，同時也省去了其與沿空材料巷之間每400 m一段的聯(lián)絡巷。一個1 km走向的工作面共可少掘巷道近0.7 km，每米巷道直接成本可降低18，工人的勞動強度也會大為降低。目前，該項技術已在多個生產(chǎn)工作面推廣使用?，F(xiàn)場觀測表明，沿空巷道應用該種支護方式比位于實體煤中工字鋼支護巷道圍巖變形還要小。根據(jù)錨索支護效果，預應力錨索支護技術可在大深度、大地壓、復雜地質(zhì)構造區(qū)內(nèi)與其它支護方式一起聯(lián)合應用。結(jié)論小孔徑預應力樹脂錨索可以非常有效地解決圍巖穩(wěn)定性差、支護難度大的巷道支護問題。尤其在受深部地壓影響劇烈的巷道、軟巖巷道、交岔點、大跨度開切眼及復合頂板巷道中，小孔徑預應力樹脂錨索可顯著提高井巷的安全可靠性，擴大錨桿支護使用范圍，進而提高錨桿支護在巷道支護中占的比例。使用錨桿錨索聯(lián)合支護技術可以降低巷道支護、維護成本，延長