锚杆支护技术工艺浅析

【关键词】锚喷支护；快速作业；施工；安全 

　　0.前言 

　　锚喷支护作业一种安全、经济的支护方式，自60年代在煤矿大力推广应用以来取得了巨大的发展。大陆煤矿按锚喷支护技术和工艺的不同大体可分为三个发展阶段：第一个阶段为80年代，以快硬水泥锚固剂卷端头锚固的Φ16mm圆钢锚杆支护为主；第二阶段为90年代，以小钻头、小锚杆、小锚固剂卷的“三小”技术为主：第三阶段自2001年2月至今，以高强度左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆支护为主，支护技术及施工艺取得了新的突破。这是一次支护技术大变革。它充分借鉴了煤巷锚网支护的成功经验，认真分析厂传统支护技术及工艺存在的弊端，努力进行支护理论的新探索并在实践中使之不断验证、发展、完善，打破了锚喷支护工艺长期徘徊不前的局面，遵循了岩巷施工安全、经济、高效的原则，取得了显著的安全效益和经济效益。 

　　1.支护理论对支护方式选择的指导 

　　锚杆支护理论一般分为悬吊理论、松动圈理论、组合拱理论和组合梁理论等。我们以为，以围岩松动圈理论为主线，以组合拱理论为立足点，按不同岩性和阶段将巷道划分为几种类型，用以指导施工较为合理。在围岩松动圈小于400mm的稳定巷道，以自然拱理论为主，锚杆的作用较小，主要是控制顶板下部岩体的错动和离层失稳的发生，喷射护覆的目的主要是防止围岩的风化。因此可采取只安设顶部锚杆等较简单的支护方式。在围岩松动圈介于400-1500mm之间的基本稳定巷道，以悬吊理论和组合拱理论为主，锚杆深入稳定岩层中，约束破坏区岩层的离层与错动。因此可采取常规的端头锚固或长锚固锚杆、喷射混凝土支护方式。在围岩松动圈大于1500mm的不稳定巷道如地质破碎带、软岩带或受采动影响区的巷道，则强调采用组合拱理论。这时围岩变形加大、锚杆受力增大，只要锚杆不发生破坏，围岩的稳定层仍在锚杆的控制范围内，或该稳定层上移致使锚杆完全处于破坏岩层内，锚杆和破坏岩体仍可形成承载圈，具有一定的承载能力。因此应适当减小锚杆之间排距，实行全长锚固或加长锚固以保证锚杆的高预紧力。对于第三种情况，尤其要采用较小的喷射混凝上厚度，保证巷道的柔韧性和抗变形能力，而不是相反，这一点可以从对以往岩巷变形、破坏情况的观测及分析中得到证实。 

　　2.影响支护技术和工艺变革的因素 

　　影响岩巷锚喷支护技术和工艺变革的因素很多，如支护理论的成熟与否、锚杆支护材料的改进、工艺及机具的配套、施工技术工艺水平的差异，还有质量标准化标准及工程质量检验评定规范的限制等等。随着煤巷锚网支护技术的飞速发展，支护理论呈现多样化并逐步成熟和统一起来，支护材料、安装工艺及机具也发生了根本性的革新。这些都为岩巷支护技术的创新创造了条件。施工技术水平在现有基础上已难有大的提高。而十几年不变的工程质量规范在有些方面已明显不适应施工技术及煤矿发展的要求。如对锚喷支护巷道净断面尺寸误差范围的要求是： 

　　3.锚喷支护工艺的变途径 

　　3.1锚杆支护技术及支护材料的变革 

　　传统的锚杆支护系统主要包括Φ16mm圆钢锚杆、快硬水泥锚固剂卷、铸钢锚杆托盘。锚杆长度一般在1600mm左右，其尾端是有车丝工艺加工出M14的螺纹，配用普通M14螺母。锚杆一般使用1卷锚固剂卷实行端头锚固，设计锚固力为40kN，特别情况下装3-4卷锚固剂卷实行全长锚固。锚杆安装用铁锤硒入，安装初期的15-20min不能紧固，无预紧力。锚杆间排距一般为800mmx800mm。 

　　这套锚杆支护系统的优点是加工制作简单、安装技术要求不高、支护成本低。其缺点是支护强度低；安装初期无预紧力，不能及时有效地支护顶板；铸钢锚杆托盘脆性太大，受力后易发生碎裂；锚杆的间排距和锚杆长度受材质等因素限制不宜加大，对巷道围岩深部的离层、破坏难以控制。为克服以上缺点，新的锚杆支护系统采用020mm高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合CK2850型树脂锚固剂卷、M21销钉式T型螺母、拱形金属托盘。锚杆杆体长度2000mm，一般实行端头锚固，采用一次性快速安装工艺，锚杆的设计锚固力不低于80kN，锚杆预紧力矩不低于100Nm。锚杆间排距一般为1000mmXl000mm，围岩破碎地段一般缩小为800mmX800mm。这套锚杆支护系统的特点足支护强度高、预紧力高、锚固力大，实现了一体化快速安装、承载，大大提高了支护系统的稳定性，有效地降低了爆破对围岩的破坏程度。特别是锚杆尾端采用冷拨滚丝工艺在4，20mm螺纹钢杆体上加工出M21的螺纹，加之锚轩托盘与固定螺母的配套使用，实现了高强度锚杆的等强特性，使支护材料的效能得到了最大限度的发挥。 

　　3.2喷射混凝土工艺的变革 

　　变强度预应力锚杆支护系统的应用使巷道支护的可靠性大大提高。喷射混凝土的主要目的是封闭、固化围岩，喷层厚度不需过大。在传统的支护方式下，喷层厚度一般为100mm，交岔点等特殊地点达到150-200mm。由于质量检验规范的限制，在光爆质量达不到理想的要求时，个别地点的喷层厚度达到300-500mm，给隐蔽工程造成极大隐患。我们首先选择联络巷等受采动影响剧烈的岩巷进行试验，喷层厚度由100mm减少到70mm。结果巷道在工作面回采前后尽管产生了较大的变形，但巷道支护系统基本完好，喷层片落的现象大大减少，片落处只需少量补喷即可安全使用。我们在其它类型的岩巷道推广了这一做法。并对边界固风巷、联络巷等巷道进一步降低喷厚到30-50mm，同样取得了满意的效果，并节约了大量喷射物料，保证了岩巷快速掘进条件下“三掘一喷”的正规循环作业。 

　　4.工程质量保证措施 

　　4.1光爆质量控制 

　　坚持光爆毛断面质量标；隹高于成巷标；隹。区队利用现场交接班对每遍炮进行光爆质量的监测、考核，光爆质量合格，同时喷厚合格率达到90%及以上，眼痕率达到60%以上的巷道才能评定为优良。保证巷道毛断面的成形质量及围岩的完整性和稳定性。 

　　4.2锚杆拉拔力检测 

　　树脂锚固剂的质量稳定性直接影响到锚杆的安装质量。并为每个掘进工作面配备了20t的锚杆拉力计，施工单位要由喷碹班每天进行一次锚杆抗拉拔试验，每次抽查3根，要求锚杆的拉拔力要达到80kN；每月要做一次锚杆破坏性拉拔试验，要求锚杆的拉拔力要达到150kN以上。每月做一次锚杆抗拉拔试验进行现场验证。 

　　5.主要成效 

　　新型锚喷支护技术及工艺的探索与实践带来了巨大的安全效益和经济效益。 

　　锚杆快速安装工艺及锚杆支护密度的降低满足了岩巷快速掘进的需要。树脂锚杆安装速度比原来的快硬水泥锚杆提高了近4倍，锚杆支护密度也比原来降低了近30%-40%。 

　　采用新型锚喷支护技术及工艺节约了支护材料，降低了成本，由于高强高锚杆支护系统的推广使用，在支护强度不变的条件下，锚杆使用数量减少了近30%-40%，喷射混凝土厚度降低了30-50mm，节约喷射物料30%-50%，支护成本明显降低。 

　　该建立起新型岩巷快速作业体系，提高了施工队伍的施工技术及安全管理水平。通过两年多的实践，建立起”光面爆破咸形一高强锚杆支护-4，喷厚成巷”的快速作业体系。先进的支护技术和严格的质量检测手段有效地提高了支护的可靠性，确保了隐蔽工程的安全。我们还积极引导施工单位从抓好光面爆破这一环节人手。不断提高施工技术和管理水平，利甩综合手段进行成本控制，提高综合经济效益。自2001年新型锚喷支护系统推行以来，大陆煤矿杜绝了锚喷支护巷道顶板事故，岩巷掘进单位一直保持了全公司先进水平。