煤矿巷道锚杆支护有效性的施工影响因素及控制措施

作者:未知

  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.
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