寧東礦區(qū)軟巖支護(hù)設(shè)計及應(yīng)用

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精選資料神華集團(tuán)第蘭屆礦長大會論文集技術(shù)篇■寧東礦區(qū)軟巖支護(hù)設(shè)計及應(yīng)用馮茂龍李逵吳國勝(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)，寧夏銀川，750011)摘要針對具體礦區(qū)的復(fù)雜地質(zhì)條件，對支護(hù)設(shè)計、支護(hù)理論、支護(hù)方法、支護(hù)材料以及施工工藝等進(jìn)行系統(tǒng)的技術(shù)研究與試驗，通過現(xiàn)場巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試及評估、錨桿預(yù)應(yīng)力影響因素的理論分析與井下試驗、復(fù)雜困難巷道錨桿支護(hù)設(shè)計、支護(hù)材料的設(shè)計與優(yōu)化、預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索施工機(jī)具的優(yōu)選、井下試驗與礦壓監(jiān)測等技術(shù)手段，提出控制軟巖的支護(hù)理論體系。關(guān)鍵詞寧東礦區(qū)；軟巖；支護(hù)O前言近年來，隨著寧東礦區(qū)各礦井的開發(fā)建設(shè)，回采巷道斷面不斷增大，巷道圍巖為泥巖或泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖，屬于軟巖，遇水膨脹松軟，直接頂板屬于復(fù)合類結(jié)構(gòu)特征。在大跨度、軟巖、水患、動壓耦合的作用下使得巷道支護(hù)難度、巷道變形破壞控制的技術(shù)要求明顯增加。由于沒有對大跨度、軟巖巷道變形破壞機(jī)理進(jìn)行全面、系統(tǒng)的研究，巷道變形與破壞嚴(yán)重，需要進(jìn)行多次維修，同時還發(fā)生多次冒頂事故，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。因此，寧煤礦區(qū)巷道支護(hù)綜合技術(shù)研究是急需進(jìn)行的重大課題。煤礦巷道支護(hù)經(jīng)歷了木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)到錨桿支護(hù)的漫長過程。多年來國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗表明，錨桿支護(hù)是煤巷唯一經(jīng)濟(jì)、有效的支護(hù)技術(shù)。與棚式支架支護(hù)相比，錨桿支護(hù)顯著提高了巷道支護(hù)效果，降低了巷道支護(hù)成本，減輕了工人勞動強(qiáng)度。更重要的是錨桿支護(hù)大大簡化了采煤工作面端頭支護(hù)和超前支護(hù)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(jìn)創(chuàng)造了良好條件。目前，錨桿支護(hù)技術(shù)已在國內(nèi)外得到普遍應(yīng)用，是煤礦實現(xiàn)高產(chǎn)高效必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。盡管我國錨桿支護(hù)技術(shù)研究已經(jīng)取得一定成果，但在復(fù)雜困難巷道中還存在很多問題，不能完全滿足安全生產(chǎn)的要求。歸納起來，主要存在以下問題：(1)巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，包括地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)是錨桿支護(hù)設(shè)計的重要基礎(chǔ)參數(shù)，是保證錨桿支護(hù)合理、有效、可靠、安全的前提條件。但是，目前我國僅有少數(shù)煤礦進(jìn)行了比較全面、系統(tǒng)的測試工作，大多數(shù)煤礦缺乏錨桿支護(hù)設(shè)計必須的基礎(chǔ)參數(shù)，設(shè)計的合理性與可靠性無法保證。(2)高強(qiáng)度錨桿與錨索支護(hù)在一般條件下支護(hù)效果良好，綜合效益顯著。但在復(fù)雜困難巷道，支護(hù)效果差，巷道變形與破壞劇烈，需要多次維修與翻修。不僅支護(hù)成本高，掘進(jìn)速度低，而且會帶來很多安全隱患，嚴(yán)重制約采煤工作面的快速推進(jìn)和礦井產(chǎn)量和效益的提高。(3)對錨桿支護(hù)系統(tǒng)剛度的重要性認(rèn)識不足。錨桿預(yù)應(yīng)力小，預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)差，支護(hù)剛度低，．1Q7．可修改編輯

1精選資料，、麓～、?’}一-?≥，、．、4藏^～■精細(xì)管理蒸科學(xué)發(fā)震加快神華安全離效礦井建設(shè)。．．．二i‘；：．．．．．--_-．_‘_．．．．．．．．．．-‘．．．·‘·ji-；---．__．-，．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．。。．，。．，．．．．．。，．．．．．．．．．．．．．．。．，．．．，．．，。．。．．．．．．．．．．。．，．．，，--—，-——．?！?。一．一，+、致使錨桿主動支護(hù)作用不能發(fā)揮，實質(zhì)上是被動支護(hù)，不能有效控制圍巖早期離層與破壞，圍巖強(qiáng)度與完整性喪失過大，導(dǎo)致頂板下沉、兩幫鼓出。(4)在復(fù)雜困難巷道，均出現(xiàn)不同程度的錨桿被拉斷、剪斷和彎曲斷裂的現(xiàn)象，表明錨桿強(qiáng)度偏低，受力狀態(tài)不佳，材質(zhì)和結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步改善。(5)對組合構(gòu)件(鋼筋托梁、鋼帶)在錨桿支護(hù)系統(tǒng)中的重要作用認(rèn)識不足。組合構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、護(hù)表面積不夠。在巷道變形量大的地段經(jīng)常出現(xiàn)組合構(gòu)件被剪斷、壓穿等現(xiàn)象，支護(hù)效果受到嚴(yán)重影響。(6)4,TL徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索在復(fù)雜困難巷道中暴露出許多弊端：①索體直徑偏小，與鉆孔直徑(28mm)不匹配，孑L徑差過大，明顯影響樹脂錨固力，易出現(xiàn)錨固端滑動現(xiàn)象；②索體破斷載荷較小，與高強(qiáng)度錨桿的拉斷載荷相當(dāng)，錨索錨固力大、承載能力強(qiáng)的特點不能體現(xiàn)，而且在高地應(yīng)力、受采動和地質(zhì)構(gòu)造影響的巷道中經(jīng)常出現(xiàn)錨索拉斷現(xiàn)象；③索體延伸率低，不能適應(yīng)圍巖的大變形；④由于索體強(qiáng)度低，施加的預(yù)應(yīng)力水平也比較低，導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力作用范圍小，控制圍巖離層、滑動的作用差。當(dāng)錨索比較長時尤為如此。(7)由于錨桿、錨索強(qiáng)度和剛度偏低，不得不增加錨桿支護(hù)密度，導(dǎo)致單位面積上錨桿、錨索數(shù)多，間排距小，嚴(yán)重影響巷道掘進(jìn)速度，造成采掘接續(xù)緊張。綜上所述，現(xiàn)有錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足復(fù)雜困難巷道支護(hù)要求。單純依靠增加支護(hù)密度，不僅不能解決實質(zhì)性問題，而且顯著影響巷道掘進(jìn)速度。因此，有必要針對具體礦區(qū)的復(fù)雜困難巷道條件，開展全面、系統(tǒng)的支護(hù)理論、設(shè)計方法、支護(hù)材料、施工工藝等技術(shù)的研究與試驗，從根本上改變巷道支護(hù)狀況，實現(xiàn)高效、安全支護(hù)。1項目研究的主要內(nèi)容(1)現(xiàn)場調(diào)查與巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試及評估。在井下選擇有代表性的地點進(jìn)行地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度與圍巖結(jié)構(gòu)測試，獲得必要的基礎(chǔ)參數(shù)，為支護(hù)設(shè)計提供可靠的基礎(chǔ)。(2)錨桿預(yù)應(yīng)力影響因素的理論分析、實驗室試驗與井下試驗；錨桿預(yù)應(yīng)力對巷道支護(hù)效果影響的理論分析與數(shù)值模擬研究，確定合理的錨桿預(yù)應(yīng)力取值范圍。(3)復(fù)雜困難巷道錨桿支護(hù)設(shè)計。根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，確定合理的錨桿支護(hù)形式與參數(shù)。(4)錨桿支護(hù)材料，包括錨桿及附件，樹脂錨固劑，鋼帶，錨索及附件等支護(hù)構(gòu)件的設(shè)計與優(yōu)化。(5)預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索施工機(jī)具的優(yōu)選，包括錨桿大扭矩扳手，錨索預(yù)應(yīng)力施加設(shè)備等，以滿足設(shè)計要求。(6)井下試驗與礦壓監(jiān)測。在棗泉煤礦東翼采區(qū)和西翼采區(qū)各選擇一條示范巷道進(jìn)行井下試驗。包括井下施工、施工工藝優(yōu)化、礦壓監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理與支護(hù)效果評價等。2研究的目標(biāo)(1)巷道跨度大，要求支護(hù)的形式、參數(shù)有別于小跨度巷道，需要建立圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，通過合理支護(hù)手段，達(dá)到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。(2)針對復(fù)雜困難巷道，特別是受二次、多次動壓影響的巷道，提出有效的支護(hù)形式與參數(shù)，．1()8．可修改編輯

2精選資料神華集團(tuán)第蘭屆礦長大會論文集技術(shù)篇一提高巷道支護(hù)效果，杜絕冒頂事故發(fā)生。(3)通過巷道布置優(yōu)化，合理確定工作面之間保護(hù)煤柱尺寸，以提高采區(qū)采出率；(4)在工作面開采過程中風(fēng)巷超前段巷道圍巖變形強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，應(yīng)研究并提出有效的巷道超前支護(hù)加固形式。(5)含水層對頂?shù)装逵绊懘?，由于工作面走向長度達(dá)到3000～5000m，巷道掘進(jìn)、維護(hù)時間較長，頂板水對頂板的軟化作用明顯，研究水與巖層的相互作用機(jī)理，找到防治水患的有效措施是至關(guān)重要的。3實施方案3．1巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試與評估巷道圍巖是一個極其復(fù)雜的地質(zhì)體。與其他工程材料相比，它具有兩大特點：其一是巖體內(nèi)部含有各種各樣的不連續(xù)面，如節(jié)理、裂隙等，這些不連續(xù)面顯著改變了巖體的強(qiáng)度特征和變形特征，致使巖塊與巖體的強(qiáng)度相差懸殊；其二是巖體含有內(nèi)應(yīng)力，地應(yīng)力場的大小和方向都顯著影響著圍巖的變形和破壞。因此，一切與圍巖有關(guān)的工作，如巷道布置、巷道支護(hù)設(shè)計，特別是錨桿支護(hù)設(shè)計，都離不開對圍巖地質(zhì)力學(xué)特征的充分了解。為了解決上述問題，煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計研究分院開發(fā)研制了小孔徑水壓致裂地應(yīng)力測量儀、井下巷道圍巖強(qiáng)度測定裝置，以及電子鉆孔窺視儀，形成了一套巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速測試系統(tǒng)，可快速、準(zhǔn)確地獲得地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度和圍巖結(jié)構(gòu)等地質(zhì)力學(xué)參數(shù)。本設(shè)計采用煤礦井下巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速測試系統(tǒng)，進(jìn)行地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度與圍巖結(jié)構(gòu)測量，根據(jù)支護(hù)設(shè)計需要，確定測試工作量見表l。表1巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速測試工作量測試內(nèi)容測量方法鉆孔數(shù)量鉆孔位置鉆孔深度／m鉆孔直徑／mm備注地應(yīng)力水壓致裂8頂板2056圍巖強(qiáng)度鉆孔觸探16頂板與煤幫1056研究地點各4個測站圍巖結(jié)構(gòu)鉆孔窺視8頂板7283．2錨桿支護(hù)設(shè)計的原則根據(jù)錨桿支護(hù)與圍巖的相互作用，以及復(fù)雜困難巷道的特點，提出以下支護(hù)設(shè)計原則：(1)一次支護(hù)原則。錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)，以及巷道維修。一方面，是礦井實現(xiàn)高效、安全生產(chǎn)的要求，就回采巷道而言，要實現(xiàn)采煤工作面的快速推進(jìn)，服務(wù)于回采工作面應(yīng)在使用期限內(nèi)保持穩(wěn)定，基本不需要維修。另一方面，是由錨桿支護(hù)本身的作用原理決定的。巷道圍巖一旦揭露立即進(jìn)行錨桿支護(hù)效果最佳，而在已發(fā)生離層、破壞的圍巖中安裝錨桿，支護(hù)效果會受到顯著影響。(2)高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護(hù)為被動支護(hù)還是主動支護(hù)的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動支護(hù)，才能充分發(fā)揮支護(hù)作用。一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過托板、鋼帶等構(gòu)件實現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度，保持其完整性。．109．可修改編輯

3精選資料■i一、r。毒?；蟆?、，’；囊三藿≥蠢l：I一|蔓塑塑璧霎鏊墨堂壟墨墊墊塑堡室全壹塾笙苧堡堡一(3)“三高一低”原則。即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。在提高錨桿強(qiáng)度(如加大錨桿直徑或提高桿體材料的強(qiáng)度)、剛度(提高錨桿預(yù)應(yīng)力、加長或全長錨固)，保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。(4)臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則。錨桿支護(hù)系統(tǒng)存在臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度，如果支護(hù)強(qiáng)度與剛度低于臨界值，巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。因此，設(shè)計錨桿支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度應(yīng)大于臨界值。(5)相互匹配原則。錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等參數(shù)以及錨桿和錨索的參數(shù)與力學(xué)性能相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。(6)可操作性原則。提供的錨桿支護(hù)設(shè)計應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的提高。(7)在保證巷道支護(hù)效果和安全程度、技術(shù)上可行、施工上可操作的條件下，做到經(jīng)濟(jì)合理，有利于降低巷道支護(hù)綜合成本。3．3數(shù)值模擬設(shè)計(1)確定巷道的位置與布置方向。(2)根據(jù)運輸設(shè)備尺寸、通風(fēng)、行人要求和巷道圍巖變形預(yù)留量，設(shè)計合理的巷道斷面形狀與尺寸。(3)根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，確定模型模擬范圍、模型網(wǎng)格及邊界條件，選擇合理的模擬圍巖和支護(hù)體的力學(xué)模型。(4)根據(jù)模擬對象確定模擬方案。包括無支護(hù)巷道，不同巷道軸向與最大水平主應(yīng)力方向夾角，不同煤柱尺寸護(hù)巷，不同錨桿直徑、長度、強(qiáng)度和支護(hù)密度，及有無錨索，錨索密度、長度、強(qiáng)度等。(5)分析巷道圍巖變形與破壞的特征，地應(yīng)力大小與方向，煤柱尺寸對圍巖穩(wěn)定性的影響，錨桿、錨索支護(hù)密度、直徑、長度和強(qiáng)度等參數(shù)對支護(hù)效果的影響。通過多方案比較，最后選擇有效、經(jīng)濟(jì)、便于施工的支護(hù)方案。3．4錨桿支護(hù)形式與參數(shù)錨桿支護(hù)形式與參數(shù)主要包括以下內(nèi)容：錨桿種類(螺紋鋼錨桿，圓鋼錨桿，其他錨桿)；錨桿幾何參數(shù)(直徑、長度)；錨桿力學(xué)參數(shù)(屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率)；錨桿密度(即錨桿間、排距)；錨桿安裝角度；鉆孑L直徑；錨固方式(端部錨固，加長錨固，全長錨固)和錨固長度；錨桿預(yù)緊力矩或預(yù)應(yīng)力；鋼帶形式、規(guī)格和強(qiáng)度；金屬網(wǎng)形式、規(guī)格和強(qiáng)度；錨索種類；錨索幾何參數(shù)(直徑、長度)；錨索力學(xué)參數(shù)(抗拉強(qiáng)度、延伸率)；錨索密度(即錨索間、排距)；錨索安裝角度；錨索孔直徑，錨固方式和錨固長度；錨索預(yù)緊力；錨索組合構(gòu)件形式、規(guī)格和強(qiáng)度。3．4．1錨桿支護(hù)構(gòu)件設(shè)計與優(yōu)選錨桿支護(hù)材料包括桿體、托板、螺母、錨固劑、組合構(gòu)件、金屬網(wǎng)、錨索等。支護(hù)材料在錨桿支護(hù)技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用。性能優(yōu)越的支護(hù)材料是充分發(fā)揮錨桿支護(hù)效果與保證巷道安全的必要前提。·110·可修改編輯

4精選資料神華集團(tuán)第三屆礦長大會論文集技術(shù)篇■3．4．2錨桿及附件(1)錨桿桿體材質(zhì)。目前，國內(nèi)常用的錨桿鋼筋有4個級別，其力學(xué)性能見表2。為了提高單根錨桿的支護(hù)載荷，降低支護(hù)密度，應(yīng)盡量采用屈服強(qiáng)度不小于400MPa的鋼材。表2螺紋鋼錨桿鋼筋的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度／抗拉強(qiáng)度／伸長率／屈服強(qiáng)度／抗拉強(qiáng)度／伸長率／牌號公稱直徑／MPaMPa％牌號公稱直徑／MPaMPa％不小于不小于BHRB33516—2233549018BHRB50016—2550067018BHRB加016～2240057018BHRB60016～2560080018本設(shè)計采用錨桿桿體為左旋無縱筋500號螺紋鋼。頂錨桿桿體公稱直徑22IBm，錨桿長度2．4m。(2)錨桿桿體幾何形狀與尺寸。錨桿桿體形狀設(shè)計的準(zhǔn)則有4方面：①在合理孑L徑差的條件下，保證桿體能順利插入鉆孔；②有利于提高錨固劑的黏結(jié)力與錨桿錨固效果；③盡量使桿體各個部位等強(qiáng)度；④桿體尾部有利于施加較大的預(yù)應(yīng)力。我國普遍采用的螺紋鋼錨桿桿體主要有以下3種形式：普通建筑螺紋鋼桿體，右旋全螺紋鋼桿體及左旋無縱筋螺紋鋼桿體。其中左旋無縱筋螺紋鋼桿體是基本滿足桿體形狀設(shè)計四準(zhǔn)則的比較理想的錨桿桿體(圖1)。本設(shè)計采用的即是這種形狀的桿體。拜N／／NN{}／／I＼fLfLll垃』丑業(yè)ll衛(wèi)丑／／|||||l|1li|||k0圇奠。匿覆n1鞠1哪||’|_一一L1一一￡圖1左旋無縱筋螺紋鋼錨桿桿體結(jié)構(gòu)(3)錨桿托板與減摩墊圈。錨桿托板的作用主要有兩方面：一是通過螺母施加扭矩，壓緊托板給錨桿提供預(yù)應(yīng)力，并使預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散；二是圍巖變形后載荷作用于托板，通過托板將載荷傳遞到錨桿桿體，增大錨桿工作阻力，進(jìn)而控制圍巖變形。對托板的技術(shù)要求：①托板的承載能力應(yīng)與桿體相匹配；②托板應(yīng)有一定的變形能力，當(dāng)載荷較大時可壓縮，不致脆裂、失效；③托板應(yīng)有一定的面積，有利于錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散；④托板應(yīng)有一定的調(diào)心能力，避免錨桿受偏載而降低支護(hù)能力。托板的強(qiáng)度與鋼板厚度、材質(zhì)、形狀及加工工藝等有關(guān)。拱形托板(圖2)具有良好的力學(xué)性能，同時托板可調(diào)心，能夠滿足不同錨桿安裝角度的需要。本設(shè)計選用的即拱形托板。為了減少螺母與托盤之間的摩擦阻力和摩擦扭矩，最大限度地將錨桿安裝扭矩轉(zhuǎn)化為預(yù)應(yīng)力，提高支護(hù)系統(tǒng)的剛度，可在螺母與托板之間加減摩墊圈，減少摩擦阻力。．111．可修改編輯

5精選資料哥、、、吼，一精細(xì)管理．___·i：．：．--__·____-_-．_-_-．-__．--。．．-‘．．____．．-_．．-_--__-_________-_-_____．．_．-．___．__-____．_-．．_---__．．__-．H．_．H．-．_-．_．-．。．．．．．．．．．．．．．q__．q_．t．一～科學(xué)發(fā)展加快神華安全高效礦并建設(shè)÷～，_肜余巡杉8圖2拱形托板3．4．3樹脂錨固劑樹脂錨固劑黏結(jié)強(qiáng)度大，固化快，安全可靠性高，已廣泛應(yīng)用于煤巷錨桿支護(hù)。作為錨桿的錨固材料，對樹脂錨固劑有以下技術(shù)要求：(1)錨固劑固化后有較高的黏結(jié)力，保證錨桿有足夠的錨固力。(2)錨固劑固化后有較高的變形模量，使錨桿錨固段有較高的剛度。(3)錨固劑固化快，滿足快速安裝的要求。同時，固化時間可調(diào)，滿足加長、全長錨固的要求。(4)錨固劑固化后收縮率低。(5)錨固劑應(yīng)有利于鉆孔中的安裝和攪拌。根據(jù)上述要求，選擇合理的樹脂錨固劑類型與尺寸，確保錨桿錨固效果。3．4．4W鋼護(hù)板采用寬280mm，厚5mm，長度450mill的w型鋼護(hù)板作為幫托板。3．4．5組合構(gòu)件組合構(gòu)件是將錨桿、錨索組合在一起，共同支護(hù)圍巖的部件。組合構(gòu)件可分為3種：第一種是鋼帶，按斷面形狀分為平鋼帶、w鋼帶及其他形狀的鋼帶；第二種是鋼筋托梁；第三種是鋼梁，如槽鋼、扁鋼，主要用于錨索組合。(1)平鋼帶。平鋼帶由一定厚度和寬度的鋼板制成，截面形狀為矩形。鋼帶上布置圓形或橢圓形孔，以便安裝錨桿。平鋼帶結(jié)構(gòu)如圖3所示。平鋼帶具有以下特點：①護(hù)表面積比較大，有一定的破斷強(qiáng)度和支護(hù)頂板的能力。②加工簡單，質(zhì)量比較小，成本比較低。③抗彎剛度小，控制圍巖變形的能力較差。④厚度比較小，巷道壓力大時托板容易壓入或壓穿鋼帶，出現(xiàn)剪切和撕裂破壞，導(dǎo)致鋼帶失效。(2)鋼筋托梁。鋼筋托梁是用鋼筋焊接而成的組合構(gòu)件(圖4)。按材質(zhì)可分為圓鋼托梁和螺紋．112·可修改編輯

6精選資料神華集團(tuán)第三屆礦長大會論文集技術(shù)篇■一一爿厶￡1一￡o一一一一一厶一，、，、，一、廠、＼／＼／＼／‘／￡一鋼帶長度；B一鋼帶寬度；to一鋼帶端距；L1一鋼帶孔間距；d一鋼帶孔直徑；卜一鋼帶厚度圖3平鋼帶結(jié)構(gòu)L一托梁長度；曰一托梁寬度；Lo一托梁端距；L1一托架間距；L2一托架寬度圖4鋼筋托梁結(jié)構(gòu)鋼托梁；按錨桿安裝部位結(jié)構(gòu)分為鋼筋式托梁和鋼板式托梁，鋼筋式托梁在錨桿安裝部位焊接兩根短的橫筋，鋼板式托梁在錨桿安裝部位焊接一塊帶孔的鋼板。鋼筋托梁的突出優(yōu)點：加工簡單，成本低，質(zhì)量小，使用方便，因此得到比較廣泛的應(yīng)用。同時，鋼筋托梁存在以下明顯的弊端：①鋼筋托梁采用焊接加工，整體力學(xué)性能差，焊接處容易開裂。②托梁寬度、護(hù)表面積小，作用差，而且鋼筋與圍巖表面為線接觸，不利于錨桿預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散和擴(kuò)大錨桿作用范圍。③托梁強(qiáng)度低，組合作用差。④托梁剛度小，控制圍巖變形的能力差。(3)w鋼帶。w型鋼帶是用薄鋼板經(jīng)多道軋輥連續(xù)進(jìn)行冷彎、滾壓成型的型鋼產(chǎn)品，如圖5所示。w鋼帶的優(yōu)點主要有以下幾點：①護(hù)表面積大，護(hù)表作用強(qiáng)。②強(qiáng)度比較高，組合作用強(qiáng)。③剛度大，抗彎性能好，控制圍巖變形的能力強(qiáng)。w鋼帶的主要缺點：當(dāng)鋼帶較薄、巷道壓力大時，易出現(xiàn)托板壓入或壓穿鋼帶，導(dǎo)致鋼帶發(fā)生剪切和撕裂破壞。綜上所述，在復(fù)雜困難巷道中，錨桿組合構(gòu)件應(yīng)盡量采用w型鋼帶，以提高巷道支護(hù)效果。．113．可修改編輯

7精選資料。_二，“一零漆≤過。j囊一～羹。?～巴鱟塑篁妻鑒：壁蘭壟墨墊堡塑竺室全壹塾笙莖堡塑一。一一卅一厶一￡1一L1一￡o一，、，一、，、廠、～／＼／＼／＼／一一圖5W鋼帶3．4．6錨索小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索材料主要包括索體、錨具、托板。(1)錨索索體。4,TL徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索索體材料采用鋼絞線。作為錨索索體，對鋼絞線有以下要求：①鋼絞線應(yīng)有較大的破斷載荷，以發(fā)揮錨索承載能力大的特點。②鋼絞線具有較大強(qiáng)度的同時應(yīng)具有一定的延伸率，保證在一定變形量下不破斷。③鋼絞線的直徑應(yīng)與鉆孑L直徑匹配，保證錨索的錨固力。④鋼絞線應(yīng)有一定的柔性。井下使用時可彎曲插入鉆孔，又能與鉆機(jī)連接，攪拌樹脂藥卷進(jìn)行錨固。小孔徑樹脂錨固錨索在應(yīng)用初期，由于沒有煤礦專用錨索鋼絞線，只能選用建筑行業(yè)已有的鋼絞線規(guī)格，較為廣泛采用的鋼絞線是由7根4,5mm的鋼絲組成，直徑15．24mm。在井下使用過程中，發(fā)現(xiàn)直徑15．241Tim的錨索有以下弊端：①索體直徑偏小，與鉆孑L直徑(28mm)不匹配，孑L徑差過大，明顯影響樹脂錨固力，易出現(xiàn)錨固端滑動現(xiàn)象。②索體破斷載荷較小，與高強(qiáng)度錨桿的拉斷載荷相當(dāng)，錨索的特點不能體現(xiàn)，而且在高地應(yīng)力、受采動和地質(zhì)構(gòu)造影響的巷道中經(jīng)常出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象。③索體延伸率低，不能適應(yīng)圍巖的大變形。④由于索體強(qiáng)度低，因此施加的預(yù)應(yīng)力水平也比較低，導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力作用范圍小，控制圍巖離層、滑動的作用差。當(dāng)錨索較長時尤為如此。針對上述問題，要選擇大直徑、高噸位的錨索，因此錨索索體直徑從15．24mm增加到18mm、20mill，最大可達(dá)22mm。對于寧東礦區(qū)復(fù)雜困難巷道，應(yīng)采用直徑不小于17．8mm的錨索。(2)錨具。錨索所用錨具為瓦片式，可承受動、靜荷載。錨具由錨環(huán)和錨塞組成，錨具應(yīng)與錨．114．可修改編輯

8精選資料神華集團(tuán)第三屆礦長大會論文集技術(shù)篇■索索體相匹配。(3)錨索托板。錨索托板有多種形式。最常用的是平托板，由一定厚度和面積(如300mmX300mmX16mm)的普通鋼板制成。另一種是采用一段槽鋼(如12號、14號槽鋼)制成。有的煤礦還采用工字鋼或廢舊中部槽制作錨索托板。這幾種托板只適用于錨索垂直巷道表面布置，而且力學(xué)性能差。當(dāng)錨索預(yù)應(yīng)力和承受的載荷比較大時，平托板四周易翹起，托板承載顯著降低；槽鋼托板易變形、扭曲，甚至壓穿槽鋼，使錨索失效。錨索應(yīng)采用拱形托板，并配調(diào)心球墊。一方面，托板的承載能力顯著提高，與大直徑錨索強(qiáng)度相匹配，且具有一定的變形性；另一方面，托板可調(diào)心，改善錨索受力狀態(tài)，使錨索支護(hù)能力得以充分發(fā)揮。3．4．7預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索施工機(jī)具優(yōu)選(1)預(yù)應(yīng)力錨桿氣動與液壓扳手優(yōu)選。提高錨桿預(yù)應(yīng)力主要有兩種方法：一是提高錨桿螺母的擰緊力矩；二是采用錨桿張拉器，類似于錨索給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力。第二種方法不適合煤巷錨桿快速支護(hù)。提高錨桿螺母擰緊力矩的方法：采用大扭矩的錨桿鉆機(jī)；安裝錨桿時在鉆機(jī)上采用扭矩倍增器增加錨桿螺母的擰緊力矩；采用扭矩扳手。扭矩扳手輕便、靈活，本設(shè)計擬采用扭矩倍增器達(dá)到400N·m以上。(2)預(yù)應(yīng)力錨索張拉設(shè)備優(yōu)選。預(yù)應(yīng)力錨索在安裝過程中應(yīng)施加較大的預(yù)應(yīng)力。目前有各種型式與規(guī)格的錨索張拉設(shè)備，需根據(jù)錨索直徑、設(shè)計的預(yù)緊力，優(yōu)選合適的張拉設(shè)備，預(yù)緊力達(dá)180kN。4井下試驗根據(jù)以上選型，寧煤集團(tuán)在棗泉煤礦、羊場灣煤礦和清水營煤礦幾條回采巷道進(jìn)行試驗。4．1施工機(jī)具施工機(jī)具采用單體液壓(或風(fēng)動)錨桿鉆機(jī)鉆裝頂錨桿和錨索。配套B19型中空釬桿、+28mill雙翼鉆頭。用煤電鉆(或風(fēng)鉆)鉆裝幫錨桿。4．2施工工藝和技術(shù)要求施工工序包括掘進(jìn)和支護(hù)兩大部分，巷道頂板支護(hù)的施工工藝流程：機(jī)掘一打掉危巖出煤一鋪金屬網(wǎng)_托上w鋼帶一臨時支護(hù)_鉆頂板中部錨桿孔_清孔一安裝樹脂藥卷和錨桿_用錨桿機(jī)攪拌樹脂藥卷至規(guī)定時間一停止攪拌并等待lmin左右一安裝其他頂板錨桿。兩幫錨桿施工工藝：鉆孔、清孑L一安裝樹脂藥卷和錨桿一攪拌樹脂藥卷_÷等待lmin左右一鋪金屬網(wǎng)_托上幫托板_擰緊螺母_安裝其他幫錨桿。錨索應(yīng)緊跟掘進(jìn)工作面安裝，安裝工藝：鉆孔、清孑L_安裝樹脂藥卷和錨索一攪拌樹脂藥卷一等待1min左右一裝托板和錨具一張拉錨索一下一根錨索。4．3技術(shù)要求4．3．1掘進(jìn)采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。要求按設(shè)計尺寸施工，保證成形質(zhì)量。不得超挖或欠挖。巷道掘進(jìn)尺寸與設(shè)計．115?？尚薷木庉?/p>

9精選資料i亨i}、一一．警吣，℃t■-一精細(xì)管理i科學(xué)發(fā)展加快神華安全高效礦井建設(shè)．．．二；；§Ij．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ii．．-．．．．。．i‘．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．，．。．．．．．．．。。．。。、一一，～一、一．尺寸相差不得超過100mm。4．3．2臨時支護(hù)采用單體液壓支柱支設(shè)w鋼帶進(jìn)行臨時支護(hù)，空頂時間不得超過10min。4．3．3安裝頂板錨桿(1)錨桿應(yīng)緊跟掘進(jìn)頭及時支護(hù)，最大空頂距不得超過1．8In。當(dāng)頂板比較破碎時，應(yīng)適當(dāng)縮小空頂范圍或加打超前錨桿。(2)錨桿孑L采用單體風(fēng)動錨桿機(jī)完成。先用1．2121的短釬桿，后換2．4m的長釬桿，采用犯8mm鉆頭。鉆孑L時錨桿機(jī)升起，使鉆頭插入相應(yīng)的w鋼帶孔中，然后開動錨桿機(jī)進(jìn)行鉆孑L?？咨钜鬄?2350±30)mm，并保證鉆孔角度偏差小于5。。鉆頭鉆到預(yù)定孑L深后下縮錨桿機(jī)，同時清孔，清除煤粉和泥漿。(3)放入樹脂藥卷。錨桿桿體套上托板及帶上螺母，桿尾通過安裝器與錨桿機(jī)機(jī)頭連接，桿端插入已裝好樹脂藥卷的鉆孔中，升起錨桿機(jī)，將孔1：I處的藥卷送入孔底。(4)利用錨桿機(jī)攪拌樹脂藥卷。樹脂藥卷攪拌是錨桿安裝中的關(guān)鍵工序，攪拌時間按廠家要求嚴(yán)格控制。同時要求攪拌過程連續(xù)進(jìn)行，中途不得間斷。停止攪拌后等待1min左右，移動鉆機(jī)。(5)鋼帶壓實金屬網(wǎng)，緊貼頂板，托盤與鋼帶配合到位。(6)利用液壓(或風(fēng)動)沖擊扳手或扭矩倍增器擰緊螺母，螺母與球形墊之間要加尼龍墊，以減小摩擦提高預(yù)緊力。擰緊力矩不低于400N·m。(7)錨桿間排距誤差不得超過設(shè)計值±50mm。4．3．4安裝幫錨桿錨桿孔采用煤電鉆(或風(fēng)鉆)完成，孔深要求(1950±30)nqm，并保證鉆孑L角度偏差小于5。。采用煤電鉆(或風(fēng)鉆)攪拌，利用沖擊扳手?jǐn)Q緊螺母，技術(shù)要求同頂板錨桿。4．3．5錨索安裝(1)錨索應(yīng)緊跟掘進(jìn)工作面安裝。(2)采用單體風(fēng)動錨桿鉆機(jī)，配B19中空六方接長鉆桿和4,28mm雙翼鉆頭鉆孔?？咨羁刂圃?7050±30)mm內(nèi)。(3)安裝樹脂藥卷，先放入K2335快速樹脂藥卷，然后放入Z2370中速樹脂藥卷。插入錨索將樹脂藥卷徐徐推至孔底。(4)錨索下端用專用攪拌器與錨桿機(jī)相連，開機(jī)攪拌。先慢后快，待錨索全部插入鉆孑L后，全速旋轉(zhuǎn)攪拌15～20s。停止攪拌后等待lmin，收縮錨桿機(jī)，卸下攪拌器。攪拌后錨索外露長度應(yīng)控制在250mm左右。(5)張拉錨索。裝上托板、錨具，用風(fēng)動錨索張拉設(shè)備張拉錨索至設(shè)計預(yù)緊力180kN，之后卸下千斤頂。(6)錨索間距誤差不得超過設(shè)計值4-50mm。4．3．6鋪網(wǎng)鋪網(wǎng)時，要求拉直拉緊，貼緊巖面。網(wǎng)問搭接長度不小于100Film。用雙股18號鐵絲按不大于．116．可修改編輯

10精選資料神華集團(tuán)第三屆礦長大會論文集技術(shù)篇一300mm的間隔連接牢固。4．4礦壓監(jiān)測礦壓監(jiān)測是動態(tài)信息設(shè)計方法的核心內(nèi)容之一。通過測試錨桿、錨索受力和巷道圍巖位移分布，就可比較全面地了解錨桿支護(hù)的工作狀態(tài)，進(jìn)而驗證或修改錨桿支護(hù)初始設(shè)計，并保證巷道的安全狀態(tài)。本次試驗采用山東科技大學(xué)研發(fā)的礦壓觀測采用K,J377礦壓在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能監(jiān)測掘進(jìn)、回采巷道頂板離層位移、速度，能夠現(xiàn)場報警，監(jiān)測錨網(wǎng)巷道錨桿、錨索的載荷應(yīng)力、巷道圍巖變形、煤體內(nèi)部應(yīng)力。使用此設(shè)備，消除了以往監(jiān)測的人為誤差，減少用工，保證巷道施工的安全。5實施效果通過寧東礦區(qū)軟巖支護(hù)研究，現(xiàn)已取得初步成果，巷道變形明顯減少，有效杜絕了冒頂、片幫事故的發(fā)生，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。作者簡介馮茂龍(1962一)，男，寧夏中寧人，采礦高級工程師，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部總經(jīng)理?！?17·可修改編輯

11精選資料可修改編輯

12精選資料THANKS!!!致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計劃書，學(xué)習(xí)課件等等打造全網(wǎng)一站式需求歡迎您的下載，資料僅供參考，如有侵權(quán)聯(lián)系刪除！可修改編輯