潞安礦業(yè)集團五陽礦240萬ta新井設計【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,礦業(yè)集團,五陽礦,ta,設計,cad,圖紙,文檔 煤巷錨桿支護技術(shù)的研究及應用 摘 要 ： 錨桿支護因其技術(shù)經(jīng)濟的優(yōu)越性，成為煤巷支護改革的發(fā)展方向，是煤礦實現(xiàn)高產(chǎn)高效生產(chǎn)必不可少的關鍵技術(shù)之一。 關鍵詞 ：錨桿支護;支護理論;煤巷 1 引言 隨著礦井產(chǎn)量和效率的不斷提高，要求的巷道斷面越來越大，成巷速度越來越快，傳統(tǒng)的棚式支護越來越不能滿足生產(chǎn)需要。近年來，煤巷錨桿支護技術(shù)發(fā)展極為迅速。與棚式支架支護相比，錨桿支護顯著提高了巷道支護效果，降低了巷道支護成本，減輕了工人勞動強度。更重要的是，錨桿支護大大簡化了采煤工作面端頭支護和超前支護工藝，改善了作業(yè)環(huán)境，保證了安全生產(chǎn)，為采煤工作面的快速推進創(chuàng)造了良好條件。目前，錨桿支護技術(shù)已在國內(nèi)外得到普遍應用，是煤礦實現(xiàn)高產(chǎn)高效生產(chǎn)必不可少的關鍵技術(shù)之一。 從1996年開始，我國在引進、吸收、消化國外先進技術(shù)經(jīng)驗的基礎上，結(jié)合我國煤礦具體情況，經(jīng)過大規(guī)模研究和試驗，初步形成了適合我國煤礦條件的煤巷錨桿支護成套裝備和技術(shù)。放頂煤工作面沿底板掘進的頂煤巷道錨桿支護技術(shù)、沖擊地壓及破碎頂板錨桿支護技術(shù)等重點項目的順利完成，成功地解決了困難回采巷道支護問題，顯著擴大了錨桿支護的使用范圍。例如，邢臺礦區(qū)采用高強度錨桿支護系統(tǒng)和小孔徑錨索支護技術(shù)，有效地控制了煤頂巷道和復合頂板巷道圍巖的強烈變形，保持了巷道的穩(wěn)定性，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益；兗州礦區(qū)采用高強度錨桿支護系統(tǒng)成功地解決了煤頂巷道支護難題，不僅支護效果好，技術(shù)經(jīng)濟效益顯著，而且解決了以前采用棚式支架出現(xiàn)的煤層自燃等問題；新汶礦區(qū)沖擊地壓和破碎頂板條件下的巷道維護十分困難，采用高強度錨桿支護后，巷道圍巖的強烈變形得到有效控制，穩(wěn)定性得到可靠保證，而且顯著降低了巷道支護和維修費用。 1998年以來，煤巷錨桿支護技術(shù)又有了新的發(fā)展。例如，潞安常村煤礦采用新型的小孔徑樹脂注漿聯(lián)合錨固預應力錨索和高強度錨桿組合支護系統(tǒng)，成功地支護加固了多條大斷面、圍巖松軟破碎、受地質(zhì)構(gòu)造和小煤柱影響的困難巷道，在沒有影響礦井正常生產(chǎn)的條件下，保證了巷道安全狀況，同時節(jié)約了大量支護費用；西山礦區(qū)在原有錨桿支護技術(shù)的基礎上，又與科研院所合作進行了全面、系統(tǒng)的開發(fā)研究，形成了西山礦區(qū)煤巷錨桿支護成套技術(shù)，解決了復合頂板巷道、近距離煤層巷道等多個支護難題，每年節(jié)約上千萬元的支護費用；陽泉礦區(qū)集中精力進行了綜采放頂煤回采巷道錨桿支護技術(shù)攻關，不僅圓滿解決了頂煤巷道支護難題，而且取消或簡化了工作面超前支護和端頭支護，顯著提高了采煤工作面的推進速度；兗州礦區(qū)采用高強度錨桿與錨索成功地支護了綜采放頂煤沿空掘巷支護難題，進一步擴大了錨桿支護技術(shù)的使用范圍。 2 煤巷錨桿支護技術(shù) 2.1 錨桿支護理論 完善的錨桿支護理論是正確設計錨桿支護參數(shù)的基礎，隨著煤巷錨桿支護技術(shù)在我國的應用，近年來，錨桿支護理論研究有了進一步的發(fā)展，基于高預應力錨桿的應用，本文提出了基于高水平地應力的“剛性梁”理論及基于高垂直地應力的“剛性”墻理論。 2.1.1 現(xiàn)有錨桿支護理論 (1) 懸吊理論 懸吊理論對錨桿支護機理作出了最樸素的解釋：錨桿的作用在于將下位松軟和/或破碎巖層懸吊于上位堅硬巖層。 對于在巷道頂板一定范圍內(nèi)存在堅硬巖層時，采用懸吊理論進行錨桿支護設計是完全可行的，也是最簡單、最經(jīng)濟的方法。 (2) 組合梁理論 組合梁理論是從經(jīng)典的材料力學中借用而來的。在美國七十年代無拉力全長膠結(jié)錨桿盛行時，組合梁理論被廣泛用來解釋錨桿的支護機理，其主要要點是：錨桿將各個薄的巖石分層貫穿在一起形成一個厚的組合梁，薄的巖石分層能獨立抗拒的拉應力較小，而厚的組合梁抗拉強度大大提高。在錨桿與巖石層面橫交處，錨桿與膠結(jié)物一起共同阻止巖層沿層理面的水平錯動。材料力學中的組合梁理論本身不考慮水平側(cè)壓的影響，而只考慮垂直載荷。 (3) 組合拱理論 組合拱理論認為：在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中安裝預應力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個錨桿形成的壓應力圓錐體將相互交錯，就能在巖體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱(亦稱組合拱或壓縮拱)，這個承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向載荷。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應力狀態(tài)，其圍巖強度得到提高，支撐能力也相應加大。因此，錨桿支護的關鍵在于獲取較大的承壓拱厚度和較高的強度，其厚度越大，越有利于圍巖的穩(wěn)定和支撐能力的提高。 組合拱理論在一定程度上揭示了錨桿支護的作用原理，在巖石或煤層拱形巷道中可以作為錨桿支護參數(shù)的設計依據(jù)。 (4) 圍巖松動圈支護理論 圍巖松動圈理論認為：① 地應力與圍巖相互作用會產(chǎn)生圍巖松動圈；② 松動圈形成過程中產(chǎn)生的碎脹力及其所造成的有害變形是巷道支護的主要對象，松動圈尺寸越大，巷道收斂變形也越大，支護越困難。③ 依據(jù)松動圈的大小采用不同的原理設計錨桿支護。小松動圈(0～40cm)采用噴射混凝土支護即可；中松動圈(40～150cm)采用懸吊理論設計錨桿支護；大松動圈(>150cm)采用組合拱原理設計錨桿支護參數(shù)。 由于圍巖松動圈是隨著時間、巷道支護形式及支護強度的變化而變化，并且在同一斷面上由于巖性的差異，圍巖松動圈的大小也是不一樣的。所以，在復雜條件下圍巖松動圈理論(如煤巷、軟巖巷道)并沒有得到應用。松動圈支護理論對于錨桿支護的指導作用主要在于確定普通錨桿(如普通圓鋼錨桿、水泥藥卷錨桿等等)的適用條件和范圍。 (5) 最大水平地應力理論 自從八十年代以來，水平應力對巷道穩(wěn)定性的影響已經(jīng)引起了人們的普遍關注。澳大利亞W.Gale博士，通過數(shù)值模擬分析及現(xiàn)場觀測，得到了水平應力對巷道穩(wěn)定性的最基本的認識：巷道軸向與最大主應力方向平行時，巷道受水平應力的影響最?。欢叽怪睍r，巷道受水平應力的影響最大；二者呈一定夾角時，巷道其中一側(cè)會出現(xiàn)水平應力集中而另一側(cè)應力較低，因而頂?shù)装宓淖冃螘蛳锏赖哪骋粋?cè)。并提出在最大水平地應力的作用下，頂?shù)装鍘r層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯動與松動而造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯動，因此要求錨桿必須具有強度大、剛度大、抗剪切阻力大的特點才能起到約束圍巖變形的作用。所以，澳大利亞錨桿支護特別強調(diào)錨桿高強及全長膠結(jié)。 2.1.2 錨桿支護新理論 根據(jù)垂直地應力σv與水平地應力σh的關系，可以將地層的應力狀態(tài)分為四種情況：即 ① 高水平應力狀態(tài)：當σh>σv×μ/(1-μ) ② 低水平應力狀態(tài)：當σh<σv×μ/(1-μ) ③ 正常水平應力狀態(tài)：當σh=σv×μ/(1-μ) ④ 靜水應力狀態(tài)：σh=σv 相同的巖體，在不同的應力狀態(tài)及開挖環(huán)境下所表現(xiàn)出的力學響應是不相同的，所以，錨桿支護參數(shù)的設計必須根據(jù)不同的地應力特征而選擇不同的錨桿支護理論。 (1) 基于高水平地應力狀態(tài)的“剛性”梁理論 近幾十年來，美國、澳大利亞、英國等國家的地應力觀測結(jié)果表明：水平最大應力通常是垂直應力的1.25～2.5倍，水平應力的大小、方向主要取決于地球板塊之間的運動，而與垂直應力沒有直接關系。我國一些礦區(qū)的地應力測試結(jié)果表明，大部分礦區(qū)的地應力是以水平地應力為主的，如金川，大同、邢臺、峰峰、鶴壁、新汶、兗州等等。所以，在這種情況下水平地應力才是控制巷道穩(wěn)定性的主要因素，煤巷錨桿支護的理論與設計方法必須充分考慮水平地應力的影響。 在美國，由于使用無拉力全長膠結(jié)錨桿的巷道冒頂現(xiàn)象仍然不斷發(fā)生，于是人們試圖從改變錨桿結(jié)構(gòu)入手解決巷道冒頂問題，其中最重要的一點就是使用抗摩擦塑料墊圈。這一改進使得實現(xiàn)頂板錨桿高預拉力成為可能，美國礦山巷道錨桿的預應力一般為10kN左右，可以達到錨桿桿體本身屈服強度的50%～75%。實踐證明，在美國，高預拉力錨桿的使用提高了復雜頂板條件下的頂板穩(wěn)定性，大大降低了冒頂事故。盡管高預拉力錨桿在美國使用已有相當一段歷史并取得極佳的技術(shù)經(jīng)濟效果，但直至幾年前人們對其作用機理還缺乏認識，特別是還沒有一個科學的設計依據(jù)去確定錨桿參數(shù)。 美國J.Stankus和SongGuo系統(tǒng)地研究了水平地應力對巷道穩(wěn)定性的影響，認為水平地應力是造成巷道頂板離層跨落、底板鼓起的主要原因，但可以通過提高巷道頂板錨桿預應力，將水平地應力的消極影響變?yōu)榉e極的作用，從而極大地提高巷道的穩(wěn)定性，并開始在錨桿支護設計中考慮錨桿預應力的影響。中國學者朱浮聲、鄭雨天的研究表明：當錨桿預應力達到60～70kN時，就可以有效控制巷道頂板的下沉量，并可以加大錨桿的間排距。 基于大量采用高預拉力錨桿的成功實踐經(jīng)驗，作者提出了關于基于高水平地應力的錨桿“剛性”梁支護理論。 (2) 基于垂直地應力的錨桿支護理論 “剛性”墻理論長期以來，人們普遍認為水平地應力一般小于垂直地應力，并把垂直地應力作為控制巷道圍巖穩(wěn)定性的主要因素。事實上，我國一些礦區(qū)或者同一礦區(qū)的不同深度的地層應力是以垂直地應力為主的，如新汶礦務局的華豐煤礦?；趯Ω哳A拉力錨桿作用的認識，作者提出了基于垂直地應力的錨桿支護理論——“剛性”墻理論，其基本內(nèi)容如下： ① 在垂直地應力的作用下，巷道兩幫成為薄弱環(huán)節(jié)，所以兩幫錨桿預拉力(或稱初撐力)的大小對整個巷道的穩(wěn)定性具有至關重要的作用。當預拉力大到一定程度時，使巷道兩幫形成“剛性”墻，提高了巷道兩幫的剛度與承載能力，“剛性”墻的存在形成了垂直地應力的轉(zhuǎn)移“通道”，使巷道頂板成為一個免壓區(qū)，保護巷道頂板不受垂直壓力的破壞，如圖2.1-1。 圖2.1-1 垂直地應力在巷道兩幫形成的應力“通道” ② 在垂直應力占主導地位的情況下，與高水平地應力的情況下“先控頂，后護幫”的支護理念相比，當垂直地應力成為控制巷道穩(wěn)定性的關鍵因素時，巷道的支護原則是“先護幫，后控頂”。 ③“剛性”墻的存在，降低了巷道頂板的有效跨度，從而提高了巷道頂板的承載能力，減少了巷道頂板離層冒頂?shù)目赡苄浴? (3) 基于低水平地應力的“冒落”拱或組合拱理論 由于高地應力引起的嚴重工程問題已引起地下采礦工作者的重視，高地應力問題及其對地下工程穩(wěn)定性的影響已有深入的研究，但由此對地應力的評價也會引起一些誤解，認為地應力越低越好，而實際上，巷道圍巖受壓破壞僅是巖石的一種破壞形式，沿結(jié)構(gòu)面的剪切滑移及張拉破壞也是其重要的破壞形式。在低水平地應力狀態(tài)下，松散結(jié)構(gòu)或碎裂結(jié)構(gòu)巖體在巷道開挖過程中就容易引起冒頂，所以，在這種情況下，采用錨桿支護往往在施工過程中就非常困難，此時需要采用“冒落”拱理論或組合拱理論進行錨桿支護參數(shù)設計，可參閱有關文獻。即使可以采用錨桿支護，在煤巷支護中亦應該采用小斷面，以利于組合拱的形成。 2.2 錨桿支護設計方法 現(xiàn)有的錨桿支護設計方法很多，如基于以往經(jīng)驗和圍巖分類的經(jīng)驗設計法，基于某種假說和解析計算的理論設計法，以現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎的監(jiān)控設計法。大量實踐經(jīng)驗證明，單獨采用任何一種方法都不符合巷道圍巖復雜性和多變性的特點，因而設計效果不夠理想。在多年錨桿支護實踐經(jīng)驗基礎上，根據(jù)煤巷特點，借鑒國外先進技術(shù)經(jīng)驗，我國提出了錨桿支護設計的動態(tài)信息法。 2.2.1 動態(tài)信息設計法簡介 動態(tài)信息設計法具有兩大特點：其一，設計不是一次完成的，而是一個動態(tài)過程；其二，設計充分利用每個過程中提供的信息。該設計方法包括五部分：試驗點調(diào)查和地質(zhì)力學評估；初始設計；井下監(jiān)測；信息反饋和修正設計；日常監(jiān)測。其中，試驗點調(diào)查包括圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應力及錨固性能測試等內(nèi)容，在此基礎上進行地質(zhì)力學評估和圍巖分類，為初始設計提供可靠的參數(shù)。初始設計采用數(shù)值計算和經(jīng)驗法相結(jié)合的方法進行，根據(jù)巷道生產(chǎn)條件、技術(shù)要求及實測數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設計。然后將初始設計實施于井下，進行詳細的圍巖位移和錨桿受力監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果驗證或修正初始設計。正常施工后還要進行日常監(jiān)測，保證巷道安全。 2.2.2 試驗點調(diào)查和地質(zhì)力學評估 試驗點調(diào)查和地質(zhì)力學評估是在現(xiàn)場進行巷道圍巖地質(zhì)力學測試基礎上進行的，包括以下幾方面： (1) 巷道圍巖巖性和強度：煤層厚度、傾角、抗壓強度、節(jié)理、裂隙分布情況；巷道頂?shù)装鍘r層分布，巖層強度； (2) 地質(zhì)構(gòu)造和圍巖結(jié)構(gòu)：巷道周圍比較大的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶曲等的分布，對巷道的影響程度；圍巖中不連續(xù)面的分布狀況，如分層厚度和節(jié)理裂隙間距大小，不連續(xù)面的力學特性等； (3) 地應力：包括垂直和兩個水平主應力，其中最大水平主應力的方向和劃測錨桿支護設計尤為重要； (4) 環(huán)境影響：水文地質(zhì)條件，涌水量，水對圍巖強度的影響，瓦斯涌出量大小，巖石的風化性質(zhì)等； (5) 粘結(jié)強度測試：采用錨桿拉拔計確定樹脂錨固劑的粘結(jié)強度，該測試工作必須在井下施工之前進行完畢；測試應采用施工中所用的錨桿和樹脂藥卷，分別在巷道頂板和兩幫設計錨固深度上進行三組拉拔試驗，粘結(jié)強度滿足設計要求后方可在井下施工中采用。 2.2.3 初始設計 如果原巷道斷面不適合錨桿支護，必須重新設計。斷面設計除考慮錨桿支護效果外，還應考慮運輸設備尺寸、通風條件、巷道變形預留量等因素。 圖2.2-1 錨桿根數(shù)與頂板下沉量的關系 圖2.2-2 錨桿直徑與頂板下沉量的關系 錨桿支護初始設計采用數(shù)值計算方法。效果較好的軟件有有限差分軟件FLAC和離散單元法軟件UDEC。設計步驟如下：根據(jù)巷道圍巖條件建立合理的數(shù)值計算模型；分析巷道圍巖變形和破壞的特征；分析錨桿支護各個參數(shù)對巷道圍巖變形和破壞的影響，進行參數(shù)敏感性分析，包括錨桿長度、直徑，錨桿間排距等；確定出技術(shù)和經(jīng)濟上最優(yōu)的錨桿支護方案，即為初始設計。 圖2.2-3 錨桿排距與頂板下沉量的關系 圖2.2-1、圖2.2-2、圖2.2-3是潞安五陽煤礦一煤頂巷道錨桿支護數(shù)值計算結(jié)果。分析這些曲線就可得出合理的支護方案。錨桿支護初始設計采用數(shù)值計算方法，顯著提高了設結(jié)果的全面性、合理性、可靠性和可視性計。 2.2.4 井下監(jiān)測 初始設計實施于井下后，必須進行全面系統(tǒng)的監(jiān)測，這也是動態(tài)信息法中的一項主要內(nèi)容。監(jiān)測的目的是獲取巷道圍巖和錨桿的各種變形和受力信息，以便分析巷道的安全程度和修正初始設計。井下監(jiān)測主要有以下幾方面內(nèi)容： (1) 圍巖位移：包括巷道表面位移(包括頂?shù)装逑鄬σ平?，頂板下沉量，底鼓量，兩幫相對移近量，幫位移量?和巷道頂板離層及深部位移(包括錨固區(qū)內(nèi)離層值和錨固區(qū)外離層值，巷道圍巖深部位移指圍巖不同深度的位移值)； (2) 錨桿受力：對于全長錨固錨桿，測量沿錨桿方向上的受力分布；對于端錨錨桿，可在孔口測量錨桿的工作阻力。 2.2.5 信息反饋和修正初始設計 根據(jù)井下監(jiān)測信息驗證和修改初始設計，使其趨于更加合理。例如，當錨固范圍內(nèi)的離層值大于設計值時，說明錨桿支護強度偏小，應加密或加粗錨桿；當錨固區(qū)外圍巖離層值較大時，表明錨桿長度偏小，應適當增加錨桿長度或補打錨索。 2.3 錨桿支護監(jiān)測技術(shù) 礦壓監(jiān)測是錨桿支護成套技術(shù)的一項重要內(nèi)容。錨桿支護實施于井下，應對圍巖變形狀況、錨桿（索）受力分布和大小進行全方位監(jiān)測，以獲得支護體和圍巖的位移和應力信息，從而判斷錨桿支護初始的合理性和可靠性、巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全性進而根據(jù)監(jiān)測信息修改初始設計，使其逐步趨于合理。井下監(jiān)測一般分為綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測，前者用于驗證和修改初始設計，后者保證巷道的安全狀況。近年來，針對煤巷錨桿支護特點開發(fā)子多種性能優(yōu)越的測試儀器，有些儀器已廣泛使用于井下巷道，獲得了寶貴數(shù)據(jù)。錨桿支護綜合監(jiān)測內(nèi)容如表2.3-1所列。 2.3.1 巷道表面位移 巷道表面位移是最基本的監(jiān)測內(nèi)容。一般采用十字布點法安設表面位移監(jiān)測斷面，在頂?shù)装逯胁看怪狈较蚝蛢蓭退椒较虬惭b測點；采用測槍、收斂計和測尺等工具測讀頂?shù)装逡平浚瑑蓭鸵平?，頂板下沉和幫位移量? 表2.3-1 巷道綜合監(jiān)測內(nèi)容 序 號 項 目 內(nèi) 容 1 巷道表面位移 巷道頂?shù)装?、兩幫相對移進量，頂板下沉量，底鼓量 2 頂板離層 錨固區(qū)內(nèi)外頂板巖層位移 3 錨桿受力 全錨錨桿受力分布，端錨錨桿受力 4 錨索受力 頂板錨索受力 5 巷道斷面收縮率 及破壞狀況統(tǒng)計 統(tǒng)計錨桿支護巷道斷面收縮率及破壞狀況 2.3.2 頂板離層 圖2.3-1 DY-3型頂板離層指示儀結(jié)構(gòu)與安裝 1―基點錨頭；2―測繩；3―套筒； 4―外測筒；5―內(nèi)測箱；6―頂板 采用頂板離層指示儀測試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值。我國多家單位開發(fā)研制了頂板離層指示儀。這種儀器的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，測讀方便，顯示直觀。離層指示儀的結(jié)構(gòu)和安裝如圖2.3-1所示，主要由基點錨頭、測繩、套管、外測筒與內(nèi)測筒組成。其主要技術(shù)特征是：測量方式，反光彩色顯示與測尺讀數(shù)；測量點數(shù)2個；最大量程200mm；讀值精度1mm。 井下安裝時，深基點錨頭應固定在穩(wěn)定巖層內(nèi)，淺基點固定在錨桿端部位置。當錨桿錨固范圍內(nèi)有離層時，頂板(套管)沿外側(cè)筒向下移動，移動量由測筒標尺指示；當錨固范圍外頂板離層時，外測筒與頂板相對位置不變，但沿內(nèi)測筒向下滑動，表明頂板有離層，離層量由內(nèi)測筒標尺指示；當錨桿錨固范圍內(nèi)、外都有離層時，內(nèi)外測筒分別有離層顯示，其示值之和為總離層值。 2.3.3 錨桿(索)受力 錨桿受力監(jiān)測有兩種形式，一種是測量端部錨固錨桿(索)工作阻力的錨桿測力計，如KS型錨桿測力計、m90A型錨桿測力計、YGS200／300型錨桿測力計等。另一種是測量加長錨固、全長錨固錨桿受力分布的測力錨桿。我國科研院所和大專院校已經(jīng)研制出數(shù)種測力錨桿，該儀器主要包括測力錨桿、靜態(tài)電阻應變儀與轉(zhuǎn)換開關。在井下使用時，它同普遍錨桿一樣，安設在需要測量的普通錨桿的設計位置上(圖2.3-2)。每次測量時，將測力錨桿與防爆靜態(tài)電阻應變儀連接，讀出不同位置應變片的應變值。錨桿支護正常施工后，還要進行日常監(jiān)圖2.3-2 CM200型測力錨桿安裝和測量示意圖 1―測力錨桿；2―普通錨桿；3―靜態(tài)電阻應變儀； 4―多通道轉(zhuǎn)換開關；5―安裝攪拌接頭 測，確保巷道的安全狀態(tài)。頂板離層指示儀除作綜合監(jiān)測外，還用作日常監(jiān)測。巷道每隔25m～30m，安設一個頂板離層指示儀。在距掘進工作面30m內(nèi)，觀測離層值。30m以外，除非離層松動仍有明顯增長的趨勢，一般可停止測讀具體數(shù)據(jù)，改為觀察兩個刻度墜的顏色。應隨時注意觀察離層儀，以便及早發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，確保安全。 2.4 特種錨桿與錨索支護技術(shù) 對于軟弱破碎、高地應力、大斷面等巷道和硐室，它們共同的特點是圍巖自穩(wěn)時間短、大、變形強烈，僅采用常規(guī)的錨桿支護很難達到有效的支護效果，而且支護和維修費用極高，影響礦井的正常生產(chǎn)。為此，開發(fā)研制了一系列對付這些困難工程的支護技術(shù)。 2.4.1 特種錨桿 (1) 注漿錨桿 圖2-4-1 內(nèi)錨外注式注漿錨桿 1―噴層；2―螺母；3―托板；4―環(huán)狀塞； 5―擋環(huán)；6―桿體；7―出漿孔；8―錨固劑 錨桿與注漿都是地下巷道工程圍巖加固的基本形式。如果利用錨桿兼作注漿管對巷道圍巖進行注漿，一方面可加固巷道周邊的破裂巖體，提高圍巖的自承能力；另一方面，可改善破裂巖體的結(jié)構(gòu)及其力學性能，為錨桿提供可錨的物質(zhì)基礎，最大限度地發(fā)揮錨桿的錨固作用。所以，如何把錨桿支護與注漿加固有機地結(jié)合起來，取得巷道圍巖加固的最佳效果，一直是人們所努力的目標。前蘇聯(lián)、德國等在20世紀80年代就采用空心圓管作為錨桿對圍巖實施注漿，國內(nèi)有些單位也開發(fā)了注漿錨桿。 圖2.4-1是一種內(nèi)錨外注式錨桿。該錨桿分為三個部分，每段有一擋環(huán)隔開：①錨固段，可增大端頭錨固力；②注漿段，布有出漿孔若干，作為注漿時出漿用；③封孔段，錨桿的注漿封孔采用橡膠圈(或軟木塞、或快速凝結(jié)劑)配合噴射混凝土來實現(xiàn)。 在支護初期，該錨桿為端錨(或近似全長錨固)錨桿，可作為普通錨桿使用。錨桿錨固以后，在錨桿端頭套上楔形環(huán)狀軟木塞或橡膠圈，再上托盤，最后擰緊螺母，軟木塞或橡膠圈在擋環(huán)和托盤的擠壓下與鉆孔孔壁壓緊，起到封孔作用，最后噴射混凝土，增加封孔的效果及支護效果，使封孔問題變得非常簡單。 當巷道變形量達到一定數(shù)值時，即在巷道周邊形成一定的松動破裂范圍時，再對巷道圍巖實施注漿，既能使巷道圍巖得到充分卸壓，又使注漿變得容易，達到最佳的支護效果。同時，安裝錨桿與注漿分為兩個工序進行，互不于擾，不影響巷道的掘進速度。 (2) 自鉆注漿錨桿和接長錨桿 在德國和英國等國家，開發(fā)了自鉆注漿錨桿，它將鉆孔、注漿和錨固三個功能集于一體。在井下使用時，第一步，該錨桿用作鉆桿，錨桿桿體頭部配一鉆頭，尾部用連接器與鉆機連接；第二步，錨桿用作注漿管，鉆機連接套由注漿連接套代替，錨桿就像傳統(tǒng)的注漿管一樣，將樹脂、水泥漿等送人鉆孔中，實施全長或加長錨固。 德國生產(chǎn)的自鉆注漿錨桿，桿體由高質(zhì)量無縫鋼管制成，左旋螺紋熱軋于整個桿體，保證力的可靠傳遞。在施工的每個環(huán)節(jié)，都可方便、快速地將其他部件擰在桿體螺紋上，同時采用連接套，可將幾根桿體連接在一起。自鉆注漿錨桿的其他部件還有鉆機連接套、注漿連接套、堵漿器、托盤、螺母和硬質(zhì)合金鉆頭等。 該種錨桿的應用范圍為：在沒有固結(jié)的巖石中，或在巖石異常破碎的斷層泥中，打穩(wěn)定的鉆孔非常困難。在這種條件下，先鉆孔后安裝錨桿是不可能的。一旦鉆桿抽出，鉆孔就會塌落。采用這種錨桿，由于錨桿即為鉆桿，所以沒有必要先鉆一穩(wěn)定的鉆孔。這種錨桿也非常適合軟巖巷道底鼓的治理。 接長錨桿采用連接套將兩根或多根錨桿桿體連接在一體，以增大錨桿長度。常用錨桿的長度一般小于2.5m。單根錨桿太長，加工、運輸和井下施工都很不方便，在巷道斷面比較小的情況下尤為突出。接長錨桿的關鍵部件是連接套，一方面要求它的強度應與桿體匹配，另一方面其直徑不能太大，否則要求鉆孔直徑大，對錨桿錨固不利。接長錨桿在英國、德國和我國的一些礦區(qū)得到應用，在頂煤巷道、復合和破碎頂板巷道等圍巖破壞范圍較大的條件下，取得較好的支護效果。 2.4.2 小孔徑樹脂錨索 錨索由索體、錨具和托板等組成。索體一般用具有一定彎曲柔性的鋼絞線制成。其特點是錨固深度大、承載能力高、可施加較大的預緊力，因而可獲得比較理想的支護效果，是目前最可靠、最有效的一種手段。其加固范圍、支護強度、可靠性是普通錨桿支護所無法比擬的。 傳統(tǒng)的注漿錨固錨索支護一般適合于煤礦井下大斷面硐室和巷道的補強和加固。錨索鉆孔和噸位一般較大，采用水泥注漿錨固。這種錨索的技術(shù)參數(shù)和施工工藝無法滿足回采巷道的要求。 針對這一情況，我國開發(fā)了適合在煤巷掘進期間按正規(guī)循環(huán)施工的新型小孔徑樹脂錨固預應力錨索加固技術(shù)。其最大特點是采用樹脂藥卷錨固，通過專用裝置可以像安裝普通樹脂錨桿那樣用錨索攪拌樹脂藥卷對錨索錨固端進行加長錨固，其安裝孔徑僅為Φ28mm，用普通單體錨桿機即可完成打孔、安裝。與傳統(tǒng)錨索相比，小孔徑樹脂錨索有以下特點： ① 直接用錨索攪拌樹脂藥卷進行錨固，安裝工序十分簡單，而且采用小孔徑，因而施工速度大幅度提高。 ② 采用單體錨桿鉆機就可以施工，設備少，而且顯著降低了工人的勞動強度。 ③ 樹脂錨固劑固化速度快，由水泥漿錨固時的3d～7d降低到僅為10min，因而錨索能及時、主動承載。 小孔徑錨索主要用在破碎、復合頂板回采巷道，放頂煤開采沿煤層底板掘進的煤頂巷道地應力回采巷道，以及大跨度開切眼和巷道交叉點。其主要技術(shù)參數(shù)為：鉆孔直徑Φ28mm；錨索直徑Φ15.24mm；最大錨固力260kN；預緊力120kN～230kN。 3 煤巷錨桿支護技術(shù)的應用 3.1 煤巷錨桿支護技術(shù)在徐莊煤礦的應用 徐莊煤礦是一個年設計能力90萬t，實際生產(chǎn)能力120萬t的大型礦井，主采7#煤層，煤厚5m左右，采煤方法為綜采放煤一次采全厚開采、高檔普采等，綜采面運巷寬4m，高3m，回風巷寬3.5m，高2.5～3m，開切眼寬6～7m，高2.8m，均屬大斷面回采巷道。以往為架棚支護，這種方式維護巷道帶來了很多問題，制約了徐莊礦實現(xiàn)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)以及進一步降低生產(chǎn)成本。 從80年代開始試驗煤巷錨桿支護技術(shù)，陸續(xù)采用過倒楔式錨桿、鋼絲繩錨桿、管縫式錨桿等。從1997年開始在采區(qū)準備巷道及工作面回采推廣使用樹脂錨桿支護技術(shù)，經(jīng)過三年的不斷摸索、總結(jié)，已形成了一套適合井下地質(zhì)條件的錨網(wǎng)支護的參數(shù)設計。實踐表明，煤巷錨桿支護具有控制巷道圍巖變形效果好、機械化程度高、施工速度快、輔助運輸量小、上下出口維護簡單，安全可靠、經(jīng)濟合理的優(yōu)點，由于新的錨桿支護及小孔徑預應力錨索支護、錨桿支護施工機具等不斷開發(fā)應用，使徐莊礦煤巷錨桿支護得到了迅速發(fā)展。徐莊煤礦7174工作面錨網(wǎng)支護的推廣應用，為以后回采巷道錨桿支護提供了技術(shù)基礎，現(xiàn)已基本形成一整套的錨桿支護體系。三年煤巷錨網(wǎng)支護巷道達18000m，節(jié)約支護費用100余萬元，同時也大大降低了巷道維護費用，經(jīng)濟和安全效益顯著。 3.1.1 巷道支護設計與施工組織 以7174工作面錨網(wǎng)支護的實施情況進行系統(tǒng)介紹與分析。 (1) 地質(zhì)概況 7174工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤厚平均5.73m，煤層傾角平均為19°，埋深平均412.5m，煤層堅固性系數(shù)f=1.5；直接頂為砂質(zhì)泥巖，局部為泥巖，平均厚度8.4m，f =3～4，裂隙發(fā)育；老頂為灰白色細砂巖，以石英為主，硅質(zhì)膠結(jié)，裂隙發(fā)育，水平層理，f =4～6。根據(jù)資料分析，工作面有5條正斷層，走向均為北東向，落差在1.7～3.5m。 (2) 圍巖分類與計算 取值依據(jù)確定采用以下七個影響巷道圍巖穩(wěn)定性的參數(shù)： ① 圍巖強度指標(頂板強度，煤層強度，底板強度)。根據(jù)煤巖試樣物理力學性質(zhì)測試結(jié)果整理出巷道圍巖強度的指標，見表3.1-1。 ② 直接頂初次垮落步距。根據(jù)工作面具體條件和生產(chǎn)技術(shù)條件來確定初次垮落步距：7174運巷初次垮落步距為15m。 ③ 巷道埋深。7174運巷埋深為397.92～437.16m，取值412.54m。 ④ 直接頂厚度與采高比。可以從地質(zhì)柱狀圖中直接量取直接頂厚度。直接頂是直接位于煤層之上，強度小于60～80kN，一般隨回采冒落的巖層。當N>4時，取N=4，N值無量綱。7174運巷本次取值為N=3。 表3.1-1 煤巖物理力學性質(zhì)測試結(jié)果 巖石名稱 巖性 平均厚度/m 單向抗壓強度/MPa 備　注 老頂 細砂巖 7.67 67.54～69.14 裂隙發(fā)育，其中夾泥質(zhì)條紋 直接頂 砂質(zhì)泥巖 8.4 49.0～54.1 含砂不均，裂隙發(fā)育 煤層 7#煤 3.0 22.8～25.4 黑色，碎塊狀 直接底 7#煤 2.73 22.8～25.4 巷道底板為7#煤 老底 砂質(zhì)泥巖 7.38 50.8 水平層理，裂隙較發(fā)育 ⑤ 巷道煤柱寬度。護巷煤柱寬度是指順槽一側(cè)的實際煤柱寬度，單位為米。當巷道兩側(cè)為實煤體時，取X=100；當無煤柱護巷時，取X=0.7174運巷本次取值為X=100。 具體計算的結(jié)果為：7174運巷的圍巖穩(wěn)定性類別為 類即中等穩(wěn)定圍巖。 (3) 巷道斷面設計 7174工作面上、下順槽均沿7#煤上分層頂板布置，為了不破壞頂板巖層的完整性，充分利用頂板巖層的懸吊梁作用，提高巷道自身的承載能力，巷道均設計成不規(guī)則四邊形，如圖3.1-1。 圖3.1-1 巷道斷面 (4) 支護參數(shù)的確定 根據(jù)煤炭工業(yè)出版社1999年出版的《煤礦巷道錨桿支護技術(shù)》中介紹的錨桿支護參數(shù)的計算方法(計算方法略)，確定巷道兩幫破壞深度c值為0.937m，頂板破壞高度b=0.965m，頂板載荷集度Qr=131.24kN/m，巷幫載荷Qs=27.47kN/m。 ① 頂錨桿參數(shù) a 錨桿長度Lbr=b+Δ=1.465(m) (3.1-1) 式中：Δ—錨桿外露長與錨固長之和，取0.5m。 b 錨桿桿體直徑(d)：選用高強度錨桿，設計錨固力為100kN，取錨桿直徑為d=20mm。 c 錨桿間排距Dr=1.2m。 d 支護形式為：錨桿+鋼筋梁+金屬網(wǎng)。 ② 幫錨桿參數(shù) a 錨桿長度：Lbs=c+Δ=1.437(m)， b 取Lbs=1.6m。 c 每排錨桿個數(shù)：取整數(shù)Ns=3。 d 支護形式為：錨桿+金屬網(wǎng)+木托板。 通過計算，頂錨桿采用Φ20×2000mmMnSi，支護形式為錨桿+鋼筋梁+金屬網(wǎng)支護；幫錨桿采用Φ16×1600A3鋼樹脂錨桿，支護形式為錨桿+金屬網(wǎng)+木托板，錨桿間排距均小于1.2m。 (5) 施工工藝 施工工藝主要分為兩個部分：一是巷道掘進，二是支護。7174工作面順槽采用鉆爆法施工，膠帶、刮板輸送機，采用“三八”工作制、邊掘邊錨、小班雙循環(huán)的作業(yè)方式，每一循環(huán)進度為1.6m，沿7#煤頂板施工。 為保證巷道成型，可在巷道上幫預留0.5m的松散煤壁，用風鎬刷至設計斷面。 施工工藝： 交接班→打眼→裝藥放炮→臨時支護→出煤→打裝頂板錨桿、鋪網(wǎng)→刷幫→出煤→打裝幫錨桿、鋪網(wǎng)→清理。兩幫錨桿支護在一般情況下與頂板錨桿支護可平行作業(yè)，但進度上可滯后頂板二排錨桿。 質(zhì)量要求： ① 巷道必須沿煤層頂板施工，按設計斷面要求搞好成型； ② 錨桿角度嚴格按設計及作業(yè)規(guī)程要求，兩肩窩角錨桿向煤體傾斜20～40°； ③ 打頂錨桿時必須首先安裝好臨時超前支護，可選用吊環(huán)式前探梁或單體液壓支柱打臨時點柱。安裝錨桿前，應將頂板或煤壁的浮矸、浮煤找凈。安裝時，要使托板緊貼巖面，螺帽扭矩符合設計要求，錨桿外露長度不大于30mm，錨桿間排距誤差不大于設計值的±100mm； ④ 樹脂藥卷必須送到孔底，攪拌時間不得少于規(guī)定，以確保頂、幫錨桿錨固力不小于設計要求。 3.1.2錨桿支護圍巖監(jiān)測系統(tǒng) 圖3.1-2 表面收斂示意圖 為了檢測錨桿的施工質(zhì)量，驗證錨桿的支護效果，科學評價支護參數(shù)的合理性，反映錨桿在圍巖中的受力狀況或圍巖的變化信息，我們建立了錨桿支護巷道監(jiān)測系統(tǒng)。其內(nèi)容、目的及手段見表3.1-2。采用巷道表面位移監(jiān)測時，我們通常在試驗巷道中布置兩個測站，間距為50m，每個測站內(nèi)布置兩個觀測斷面，間距為8m，觀測斷面靠迎頭布置。巷道圍巖的收斂觀測采用十字布點法(如圖3.1-2)，a、a'、b、b'、c、c'分別為布置在觀測斷面上的基點，通過連續(xù)量測cc'、aa'、bb'的值，可得到其各自的變化量，該值即為巷道兩幫及頂、底板的移近量；通過量測ob'的變化量可得到巷道底鼓量。 表3.1-2 監(jiān)測內(nèi)容、目的及手段一覽表 圖3.1-3、3.1-4為掘進期間試驗巷道圍巖移近量變化曲線圖。巷道剛掘出時，圍巖移近較快，隨著迎頭距觀測斷面的距離加大，其移近量漸小，當其間距離為90m時，圍巖基本趨于穩(wěn)定。 圖3.1-3 第Ⅰ觀測站第1斷面巷道圍巖移近量曲線 圖3.1-4 第Ⅱ觀測站第2斷面巷道圍巖移近量曲線 從統(tǒng)計來看，掘進過程中，兩幫的最大累計移近量為87mm，頂、底板最大累計移近量為73mm，其中頂板最大累計下沉量為10mm，巷道最大累計底鼓量為63mm，底鼓量較大的占頂?shù)装逡平康?6%。主要是由于7174 工作面未受周邊采動影響，且巷道頂板為較堅硬的砂質(zhì)泥巖，底板為煤層，較松軟，易于底鼓。今后施工中可將兩幫底角的錨桿向底板傾斜，以降低底鼓量。 采用LBY型頂板離層指示儀對頂板的離層進行監(jiān)測。7174溜子道總共布點12個，間距50m，斷層帶處增設2個測點。每個測點安設兩個基點，深基點監(jiān)測錨固范圍外的頂板離層，固定在錨桿上方穩(wěn)定巖層內(nèi)300mm處；淺基點固定在錨桿端部位置，監(jiān)測錨固范圍內(nèi)的頂板離層。在掘進期間每天監(jiān)測一次。從監(jiān)測結(jié)果來看，巷道頂板總離層量在10mm以下，而觀測點距迎頭超過60m基本趨于穩(wěn)定。在7174運巷中段過落差2.5m斷層處頂板離層量達40mm左右，后采取補打加長錨桿給予加固。 3.1.3經(jīng)濟效益與社會效益 ① 錨桿支護與架棚巷道相比，降低生產(chǎn)成本，架棚巷道每米支護成本約455.65元(工字鋼按復用2次計算)，錨網(wǎng)支護巷道每米支護成本為410.02元，每米比架棚支護降低45.63元(以上計算費用均不包括爆破材料、釘?shù)啦牧?、配件材料?，同時也降低了運輸、回棚及巷道修復費用。 ② 簡化了綜采工作面上、下順槽的超前支護，加快回采速度，綜采工作面上、下順槽采用架棚支護時，必須提前進行替棚，用工多，速度慢，嚴重制約工作面的推進度。而錨網(wǎng)支護可以有效減少回采超前壓力對巷道的破壞，省掉替棚工序，從而加快工作面推進度，提高單產(chǎn)。 ③ 減輕了工人勞動強度，減少了支護材料的運輸，采用錨網(wǎng)支護后，不需要運輸大量的工字鋼及其它材料，從根本上降低了工人勞動強度，從而可以提高工效。 3.2 煤巷錨桿支護技術(shù)在石臺礦的應用 石臺礦是一個年產(chǎn)120萬t的大型礦井，主采煤層為3#煤層，23113輕放面位于 1采區(qū)下部，煤厚3.0～4.5m，平均為3.5m，煤層傾角5～12°，平均8°，f =1.5左右。直接頂為深灰色塊狀泥巖，局部含粉砂巖條帶，厚0.7～6.0m，平均厚3.25m，老頂為灰白色細、中粒砂巖，厚1.0～4.1m，平均2.65m；直接底為灰至深灰色泥巖，厚8～9.5m，平均為6.5m；老底為灰黑色細、中粒砂巖，厚9.0m。該區(qū)域內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，煤層上部受巖漿侵蝕，巖漿巖和天然焦厚0.1～1.2m，平均0.8m。 自2000年以來，已施工錨桿支護巷道近萬米，通過摸索、實踐、總結(jié)，目前初步形成一整套適應各類條件的巷道施工經(jīng)驗，但23113輕放切眼是我礦第一個輕放工作面切眼，巷道斷層大，局部丟煤頂施工，對技術(shù)管理人員來說，是一個新的挑戰(zhàn)，通過大家共同努力，制定出新型“錨梁(帶)網(wǎng)”配合錨索聯(lián)合支護的施工方法，取得了比較理想的效果。 3.2.1 斷面及支護方式的選擇 根據(jù)工作面支架安裝和生產(chǎn)要求，切眼整體跟頂施工。 考慮機巷、風巷跟底施工，所以切眼上、下口段必須跟天然焦或丟頂煤施工，一方面保證平車場長度，另一方面確保巷道的安全使用。 切眼斷面為斜矩形：凈寬5.0m，凈高2.2m。 支護方式：頂板采用“錨梁網(wǎng)”聯(lián)合支護；上、下口各10m由于跟天然焦或丟頂煤施工，頂部焦厚1m左右，所以采用“錨帶網(wǎng)”聯(lián)合支護；兩幫均采用“錨梁塑網(wǎng)”支護。 3.2.2 支護參數(shù)的確定 (1) 頂板錨桿長度的確定 根據(jù)《中國煤礦巷道圍巖控制》、《圍巖松動圈分類法與設計建議》中所提供的經(jīng)驗類比法，23113切眼頂板屬于中等穩(wěn)定的類圍巖，松動圈范圍為600～1300mm，錨桿支護參數(shù)按懸吊理論進行計算： L=L1+L2+L3 (3.2-1) 式中：L——錨桿長度； L1——錨桿外露長度，取100mm； L2——不穩(wěn)定巖層的厚度，取1300mm( 類圍巖的松動圈)； L3——錨桿伸入穩(wěn)定巖層的長度，取500mm。 計算得L=1900mm，取錨桿長度為2000mm。上下口考慮頂部留有1m左右的煤或天然焦，所以錨桿長度取2200mm。 (2) 錨桿間排距的確定 根據(jù)每根錨桿懸吊的巖石重量確定，即錨桿懸吊的巖石重量等于錨桿的錨固力。通常錨桿按等距排列，即a=b，則有： a= (3.2-2) 式中：a，b——錨桿間、排距； Q——錨固力，由拉拔試驗確定，取100kN； k——錨桿安全系數(shù)，一般為2～3，此取3； y——巖石體積力，取25kN/m2； L2——1300mm。 計算得a=1000mm，根據(jù)3#煤層及切眼頂板的情況，取錨桿間排距為900×900mm，上下口間排距900×800mm。 (3) 錨桿直徑的確定 選用20Mnsi高強螺紋鋼錨桿，根據(jù)桿體承載力與錨固力等強度原則。錨桿直徑D按下列公式計算： D= (3.2-3) 式中：y——被懸吊巖石容重，取25kN/m3； a，b——錨桿的間排距，取900mm； h——被懸吊巖層的厚度1300mm； δ——錨桿屈服強度，取340MPa； k——安全系數(shù)，取3。 計算得：D=17.2mm，取錨桿直徑18mm。 為確保安全，頂板采用高強度錨桿配樹脂錨固劑加強錨固，錨固長度不小于1000mm，用K2335和Z2350各一卷，初錨力不小于15kN，錨固力大于100kN。 (4) 加強支護 23113切眼及上、下口斷面大，頂部天然焦厚1m左右，受巷道高度限制，錨桿長度不能太大，因此錨桿的錨固范圍較小，對錨固區(qū)外的圍巖變形起不到良好的控制作用，很容易引起頂板錨固區(qū)外的煤體膨脹和離層，達到一定程度就會導致頂板大面積冒落，因此需要加強支護，目前常用小孔徑預應力錨索加強支護，根據(jù)頂板圍巖賦存條件，確定采用錨索加強支護，錨索段深6m，鋼絞線長6.4m，每4排錨桿安裝兩套錨索，錨索布置在距切眼兩幫1.2m處，每套錨索配K2335一卷和Z2350兩套，并且導峒與刷幫側(cè)梯子梁、錨索交錯布置，如圖3.2-1所示。 圖3.2-1 加強支護示意圖 (5) 幫錨桿支護方式的選擇 由于幫錨桿錨固力30～50kN基本可以滿足支護需要，所以采用Φ16×1600mm的高強錨桿，根據(jù)現(xiàn)場實際情況間距1000mm，排距800～900mm，使用樹脂錨固劑加長錨固，K2335和Z2350藥卷各一支。另外附加鋼筋梯子梁、塑料網(wǎng)聯(lián)合支護，初錨力不小于15kN，錨固力不小于30kN。 3.2.3 施工方法及技術(shù)保障措施 由于切眼跨度達5m，采用“導峒、刷幫”和“鉆爆”施工方法，先施工寬2.6m的巷道，貫通后再刷老塘幫至設計斷面。 施工順序：打眼放炮→臨時支護→打頂部錨桿→鋪金屬網(wǎng)→安梯子梁(W鋼帶)→上托盤→擰緊螺母至規(guī)定扭矩；幫錨桿施工順序類似頂錨桿。 具體技術(shù)保障措施如下： 掏槽眼應布置在中下部，頂眼距離頂板不小于500mm，小裝藥，用小斷面爆破，風鎬找至設計尺寸，受巖漿侵蝕地段采用多打眼、少裝藥、松動爆破，盡可能減少對頂板的震動破壞。 每次放炮的深度為1000mm，放炮后及時支護，錨桿夠一排打一排，減少頂板的暴露時間，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。 嚴格按程序打眼、安裝錨桿、網(wǎng)及梯子梁、鋼帶，打眼至設計深度，并且眼要直，不出現(xiàn)臺階，安裝藥卷順序不能顛倒，攪拌(15～20s)和等待(20～30s)時間要充分。 Φ18mm的錨桿配Φ23mm的樹脂藥卷和Φ27mm的鉆頭，實現(xiàn)錨固區(qū)鉆孔、樹脂藥卷、錨桿二者的兩徑匹配，達到最佳錨固效果。 上、下口跟天然焦或丟頂煤段風鎬掘進，禁止放炮，采用“錨帶網(wǎng)”聯(lián)合支護，并且加密錨索間排距，核算貫通點標高，保證上部平車場長度，找準變坡點位置，確保巷道安全貫通。 導峒為煤壁側(cè)，刷幫為老塘側(cè)，合理安排安裝時間，盡可能減少頂板的下沉，有利于采面的安裝。 圖3.2-2 支護示意圖 導峒煤壁側(cè)要架設一梁三柱走向支護，如圖2-3-2。梁為2.6m的π型 鋼梁，柱為DZ-22單體液壓支柱。設專人管理走向棚，保證支柱正規(guī)有勁，觀察頂板來壓，及時給支柱補液，確保初撐力不小于50kN。 刷幫施工只能放松動炮，減少對導峒側(cè)錨桿及頂板的破壞；刷幫側(cè)鋼筋梯子梁、錨索要與導峒側(cè)鋼筋梯子梁、錨索，交錯布置；錨索預應力要同錨桿初錨力一致，一般為20～30kN。 幫錨桿均使用金屬錨桿(金屬錨桿、鋼筋梯子梁、塑網(wǎng)等均可回收)，保證初錨力不小于15kN。 由于錨桿支護隱蔽性大，必須加強現(xiàn)場監(jiān)督和質(zhì)量檢測，保證初錨力符合設計要求，對不合格的錨桿必須及時重新補打；要定期觀測巷道幫頂?shù)奈灰屏?，及時反饋信息進行科學分析，優(yōu)化支護設計，確保工程質(zhì)量和安全生產(chǎn)。 3.2.4 經(jīng)濟效益分析 (1) 提高巷道支護質(zhì)量，有利于安全生產(chǎn) 錨桿支護為主動及時支護，能有效地控制圍巖的變形，變荷載為承載體，通過組合、懸吊、強化等作用來組合強化圍巖；抑制頂板下沉離層，巷道穩(wěn)定性高，修復量小，有利于安全生產(chǎn)?！? (2) 節(jié)約材料，降低成本 錨桿支護與傳統(tǒng)的金屬支架相比，不僅能節(jié)約大量的工字鋼，而且還可以減少坑木和小材料的消耗，大幅度降低支護成本，工字網(wǎng)按三次復用計算，輕放切眼每米支護成本740元；幫錨桿按三次復用計算，錨桿錨索支護成本每米607元，每米可節(jié)約經(jīng)費近百元?？紤]運輸、加工、回收、損失率等因素，綜合成本每米節(jié)約還要更多。 (3) 降低勞動強度，改善作業(yè)環(huán)境 錨桿支護重量輕，易操作，運輸量少，提高了機械化程度；尤其在回采工作面的安裝和兩巷管理，操作簡單，降低了工人的勞動強度，提高安裝效率，降低安裝成本。另外，錨桿支護巷道斷面的利用率比架棚支護斷面的利用率高，有利于工作面快速推進，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。 通過23113輕放切眼的施工和安裝，收到良好的經(jīng)濟效果，從支護效果和經(jīng)濟效益來看，使用錨桿支護比架棚支護有許多優(yōu)點，但是錨桿支護在應用中沒有固定的模式，要在今后的實踐中不斷探索，不斷總結(jié)，選擇最佳支護形式和支護參數(shù)，為生產(chǎn)建設服務。 4 錨桿技術(shù)的前進方向 經(jīng)過近年來的研究與實踐，我國煤巷錨桿支護成套裝備與技術(shù)基本形成，而且在實際應用中解決了多個巷道支護難題，取得了巨大的技術(shù)經(jīng)濟效益，為高效、安全開采創(chuàng)造了良好條件。錨桿支護已成為高產(chǎn)高效礦井必備的配套技術(shù)。為了將這項技術(shù)推廣應用得更好，為煤炭工業(yè)帶來更大的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益，在以下幾方面還需做進一步的工作。 (1) 積極開展巷道圍巖地質(zhì)力學測試 巷道圍巖地質(zhì)力學參數(shù)，包括地應力、圍巖強度和結(jié)構(gòu)是錨桿支護設計的重要基礎參數(shù)，是保證錨桿支護合理、有效、可靠、安全的前提條件。目前我國僅有少數(shù)礦區(qū)進行了比較全面、系統(tǒng)的測試工作。今后，應該把巷道圍巖地質(zhì)力學測試放在十分重要的位置，并把它列為錨桿支護技術(shù)必不可少的工作。 (2) 煤巷錨桿支護設計方法的研究與推廣 煤巷錨桿支護設計方法已經(jīng)從過去簡單的經(jīng)驗法、計算法，發(fā)展到現(xiàn)在以數(shù)值計算、現(xiàn)場監(jiān)測為基礎的動態(tài)信息設計法。但是，目前我國許多礦區(qū)還是以經(jīng)驗法為主，錨桿支護的合理性、安全性無法保證。在我國煤礦應積極推廣先進的設計方法，使現(xiàn)場工程技術(shù)人員能夠掌握和實際應用。 (3) 錨桿支護材料系列化與標準化 目前，煤巷錨桿支護材料品種很多，一些材料力學性質(zhì)達不到工程要求。我國錨桿支護材料生產(chǎn)廠家太多，不同層次廠家的產(chǎn)品質(zhì)量相差懸殊。有必要根據(jù)我國煤巷圍巖條件，制定錨桿支護材料系列及相應的標準。建立比較完善的產(chǎn)品質(zhì)量保證體系，根除偽劣產(chǎn)品。 (4) 完善與提高錨桿支擴施工機具，開發(fā)新的產(chǎn)品 近年來，我國在煤巷錨桿鉆機方面做了大量工作，開發(fā)了多種產(chǎn)品。但是由于我國煤巷地質(zhì)與生產(chǎn)條件復雜多變，現(xiàn)有的錨桿鉆機還不能完全滿足使用要求，無論是性能與質(zhì)量都還需進行完善與提高。隨著錨索支護技術(shù)的推廣應用，有必要開發(fā)研制專用錨索鉆機，提高錨索施工速度。掘錨聯(lián)合機組在國外已經(jīng)應用，為巷道掘進和錨桿施工創(chuàng)造了極為有利的條件。我國也應根據(jù)國情開展掘錨聯(lián)合機組方面的研究與開發(fā)工作。 (5) 完善錨桿施工質(zhì)量檢測與監(jiān)測技術(shù) 錨桿支護是隱蔽性工程，必須進行質(zhì)量檢測。目前普遍應用的是錨桿拉拔計、扭矩扳手等。有必要開發(fā)研制非接觸、無損質(zhì)量檢測儀器，以達到快速、準確、大面積測量的目的。錨桿支護監(jiān)測對保證巷道安全十分重要，我國許多礦區(qū)對此十分重視。但是這項工作還有待于標準化、日?；?，納入到正常生產(chǎn)中。