煤矿巷道锚杆支护有效性的施工影响因素及控制措施

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：为了提高煤矿巷道锚杆支护的有效性，以晋城某矿为研究对象，总结掘巷施工中对锚杆支护有效性的影响因素，并有针对性的制定措施，有效提高了锚杆支护作用的发挥，保障了巷道围岩的稳定性。
　　关键词：锚杆支护;有效性;控制措施
　　锚杆是煤矿巷道经常使用的支护方式之一，也是众多学者研究的对象，经过多年的研究，锚杆支护设计理论也逐渐趋于成熟，但很多情况下，锚杆理论上的支护效果往往低于實际支护效果，造成一系列的冒顶事故，如2019年1月12日，陕西省神木市百吉煤矿发生井下冒顶事故，造成21人遇难。2018年9月19日，江西煤业集团有限责任公司安源煤矿发生一起冒顶事故，造成2人死亡。2017年1月17日，山西省朔州市中煤担水沟煤矿4203工作面发生冒顶事故，造成9人死亡。笔者有幸利用假期实践机会，参与山西某煤矿的巷道掘进工作，现就锚杆施工过程中诱发其支护有效性降低的原因进行分析，为锚杆支护有效性的控制提供参考。
　　1 锚杆支护有效性的施工影响因素
　　1.1 锚杆钻孔深度控制不合理
　　目前煤矿巷道支护所用锚杆以端锚预应力锚杆为主，锚杆端部一定长度螺纹钢与围岩体通过环氧树脂药卷锚固在一起，外端施加托盘、螺母，通过预紧螺母给锚杆施加预紧力。在施工锚杆钻孔时，钻孔深度的控制对锚固长度的控制至关重要，当钻孔深度太深时，锚杆端部无法接触孔底，树脂药卷在搅拌时发生“卧底”现象，使锚固段的有效长度缩短，进而降低锚杆的锚固力，降低围岩的锚固强度;当钻孔深度太浅时，锚杆外露长度过长，当外露长度超过螺纹段长度后，锚杆螺母就无法预紧安装，造成锚杆的失效，围岩强度无法得到保证。
　　1.2 锚杆安装角度不合理
　　在锚杆支护设计中，每根锚杆都是有其自己独特的作用，尤其是巷道顶角、底角的倾斜锚杆，在防止顶板的剪切破坏、底板的隆起变形具有重要作用，但由于该类锚杆采用倾斜布置，顶角锚杆与水平面成60°左右的夹角向上安装，底角锚杆与水平面成30°左右的夹角向下安装，在锚杆施工中，由于锚杆钻机重量较大，工人控制其钻孔角度较难，尤其是底角锚杆的安装，由于需要斜向下钻孔，返渣能力降低，钻进速度较慢，影响巷道施工工期，工人往往私自将锚杆安装角度调小，使得已安装的锚杆不能充分发挥其应有的力学性能，威胁巷道顶板的安全。
　　1.3 三径匹配不合理
　　锚杆支护是一个系统工程，其支护效果往往受到多种因素的共同影响，其中，锚杆直径、钻孔直径、树脂药卷直径这三者的匹配程度就直接决定着锚杆锚固力的大小，合理的匹配要求为：钻孔直径大于锚杆直径4～6mm，锚固剂直径大于锚杆直径2～4mm。但在实际工程中，锚固剂的直径和锚杆的直径可以控制到匹配程度，但钻孔的直径就很难被控制，在岩性好的地段，钻孔直径和理论直径相差很小，但软岩、破碎带中，锚杆的钻孔直径问问大于钻头所钻出的理论直径，使得锚杆锚固长度减小，甚至，有些工人为了方便锚杆安装，直接用更大的钻头来打孔，都给煤矿的安全生产带来了隐患。
　　1.4 树脂药卷搅拌不充分
　　锚杆锚固所用树脂药卷由不饱和聚酯树脂、固化剂两部分组成，安装过程中，锚杆钻机带动锚杆高速转动，使树脂药卷中的各部分充分混合在一起，充分发生化学反应，形成良好的锚固效果，但在实际施工中，为了加快施工速度，往往缩短树脂药卷的搅拌时间，从而降低了锚杆与围岩之间的粘结强度，降低了锚杆的锚固力。
　　1.5 锚杆预紧力控制不足
　　锚杆的主要作用是通过高预紧力对围岩产生挤压加固，从而把围岩的裂隙、节理等软弱面压实，一方面增强围岩抵抗外荷的能力，另一方面增强围岩弱面之间的摩擦力，从而有效提高锚固岩体的承载能力。在锚杆预紧力施加时，通过拧螺母给锚杆施加预紧轴力，宁螺母的扭矩大小直接决定着锚杆预紧轴力的大小，实际施工时，工人为了降低劳动强度，只将螺母稍微拧紧，锚杆预紧力远远小于设计需要，限制了锚杆支护作用的发挥。
　　2 锚杆支护有效性的施工控制措施
　　为了提高锚杆支护的有效性，矿方经过研究，采取以下措施：
　　（1）针对锚杆钻孔深度控制问题，给每个施工队伍配备特制的钻杆，该种钻杆在相应位置上焊接环状钢筋作为钻孔深度的标记，在井下钻进施工时，工人只需将标记处钻进到围岩表面即可，即保证了钻孔深度，也降低了工人凭借经验判断深度的负担。
　　（2）针对锚杆安装角度的控制问题，矿方相关人员和笔者共同设计了井下简易锚杆钻机支架，将锚杆钻机固定在支架上，通过调节支架的旋转轴，来实现各种角度锚杆钻孔的施工，降低了工人劳动强度，保证了锚杆的安装角度。
　　（3）针对三径匹配问题，矿方给每个施工队伍配备的专业的技术人员，根据不同的地质情况，及时调整钻头的大小，同时，也对工人的施工起到了较好的监督作用。
　　（4）针对树脂药卷搅拌不充分的问题，通过召开全矿掘进安全会议，讲解树脂药卷搅拌不充分带来的问题，使每个施工人员从内心深处认识到锚杆树脂药卷搅拌充分的重要性。
　　（5）针对锚杆预紧力控制不足的问题，矿方给每个施工队伍配备了先进的扭矩扳手和扭矩放大器，使工人施加较小力，即可获得较大的预紧扭矩，降低了工人的劳动强度，提高了施工质量。
　　3 总结
　　一个良好的工程需要良好的设计和良好施工的共同配合，锚杆支护作为我国煤矿应用最多的一种的支护形式，其支护有效性直接决定了众多矿区巷道的安全，本文主要从施工方面分析影响锚杆支护有效性的常见因素，并配合所在矿区，制订了锚杆支护有效性的施工控制措施，并将该措施严格执行，取得了良好的效果。
　　参考文献：
　　[1]杨振茂，马念杰，官山月，等.锚杆钻孔、杆体、树脂卷直径的合理匹配[J].岩石力学与工程学报，2003（4）：659-663.
　　[2]靳帅.煤矿巷道预应力锚杆支护技术[J].陕西煤炭，2019，38（2）：152-154.
　　[3]解军红.煤矿矿建工程巷道锚杆支护技术分析[J].能源与节能，2018（01）：168-169.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14913063.htm