林西礦業公司高強大預應力錨桿支護研究應用實踐

摘要：林西礦作為百年老礦，現已進入深部開采。由于深部開采地應力大，礦壓顯現復雜，使得巷道支護問題一直是影響礦井正常生產的瓶頸。多年來，雖然也在不斷地進行支護改革，取得了一些成效，但是沒有從根本上解決巷道支護的難題。巷道壓力大，變形量大，維修量大，施工慢，不僅影響工作面的正常掘進，也給安全生產帶來隱患。為解決大采深、高應力、強底鼓等復雜條件下巷道支護這一難題，經過實踐總結出采用高強度、大預應力錨桿及其配套支護材料是解決深部大地壓巷道支護成功的最有效的手段，并取得了良好效果。

關鍵詞：高強大預應力錨桿支護 研究實踐

1 高強度、大預應力錨桿及其配套支護材料

1.1 支護機理

巷道開挖后，圍巖中的應力狀態由原來的三向應力轉變為二向應力狀態或低圍壓下的三向應力狀態，此時頂板中垂直應力大為減小，水平應力急驟增大，這種應力分布狀態，使巷道頂板穩定性大大降低。通過在頂板中鑲入錨桿并對頂板施加一定的預緊力，使頂板巖層受水平應力作用時處于橫向壓縮狀態，形成壓力自撐結構，從而阻止頂板圍巖體的破壞，消除離層，減緩兩幫圍巖的應力集中，達到維護圍巖穩定的目的。新的巖梁厚度成倍的增加，使頂板對煤幫的壓力擴散到煤體深部，控制住片幫，維護頂板的穩定。預緊力的大小之所以對頂板的穩定性具有決定性作用，是因為當預緊力增大到一定程度時，可以使頂板處于橫向壓縮狀態，形成預應力承載結構，這種錨桿實現了真正意義上的“主動支護”。充分強調和利用了預應力支護理念，利用高預應力支護手段，最大限度地控制頂板初期變形，消除或大大減緩了頂板離層，大大提高了圍巖支護系統的安全可靠性和實際支護效果。

1.2 巷道基本情況

該區域位于8-10暗井對應地表位置以北1400米左右有石榴河通過，在林西礦業公司井田單斜區域構造塊內，兩側均已經回采，下伏9煤層無采掘工程，上覆7煤層均已回采。頂板：老頂為粉砂巖，厚度3.2～4.2，黑灰色，以石英長石為主，具水平層理。直接頂為細粒砂巖，厚度4.2～5.1，以石英長石為主，泥質膠結易風化。底板：直接底為泥巖，厚度0.6～1.5，黑色，塊狀，易碎含植物根化石。老底為細沙巖，厚度1.7～2，厚層狀，以石英長石為主，具水平層理。煤層：該區域煤層厚度變化較大，最大9.9m，最小1.5m，平均5.7m。

1.3 支護方式

單獨采用錨桿、錨索支護，頂錨桿使用φ22×2400毫米高強大預應力錨桿，配4mW鋼帶，頂錨桿打6根；幫錨桿φ20×2200mm右旋等強錨桿，配φ16×1.8m鋼筋架，根據煤厚情況，上幫布置3-4根錨桿，下幫布置2-3根錨桿。頂、幫錨桿間距均為0.8m，頂錨桿、幫錨桿樹脂錨固劑均為K2333，每根錨桿裝3卷。錨索為φ15.24×7000mm，每4m在巷中打一根錨索，錨索每根裝5個藥卷。

2 巷道工程質量檢測與礦壓監測

工程質量檢測與礦壓監測是整個煤巷錨桿支護系統中不可缺少的重要組成部分。錨桿支護屬于隱蔽性工程，支護設計不合理或工程施工質量不好都可能導致不安全事故的發生，因此，除了嚴格按設計和作業規程組織施工外，還必須進行施工質量的檢測，同時，要及時監測巷道圍巖應力的變化和錨桿受力及分布，從而為進一步完善和修改設計提供科學依據。

2.1 錨桿的工程質量檢測

錨桿施工質量檢測主要包括錨桿的錨固性能和安裝質量。錨固性能主要指錨固力；錨桿安裝質量主要包括錨桿預緊力、幾何參數、錨桿外露長度、托板、鋼帶及金屬網的安裝質量。錨桿預緊力能否達到設計要求，是本次試驗成功與否的關鍵。本次試驗要求錨桿預緊力要達到5噸以上。為確保預緊力達到要求，在正式施工前，必須進行錨桿預緊力安裝試驗。試驗方法是利用扭矩放大器配合錨桿測力計進行錨桿安裝。具體操作程序是：攪拌完樹脂錨固劑待其固化后，在錨桿尾部托盤下安裝錨桿測力計，然后再上一平托盤，擰上螺母，用錨桿機帶動螺母旋轉，直到轉不動為止，此時觀察錨桿測力計讀數，卸下錨桿機，在其釬套上安裝扭矩放大器，再與錨桿螺母相連接，開動錨桿機旋轉，螺母繼續擰緊，直到轉不動為止，再觀察測力計讀數，此時的讀數就是錨桿安裝預緊力。本次使用的扭矩放大器最大可達到10噸，安裝成功，以后所有錨桿的安裝就照此辦理。錨桿預緊力檢測采用扭矩扳手進行?？刹捎蒙綎|科大中天電子有限公司的300N.m聲控扭矩搬手進行檢測時，扭矩搬手達到300N.m，螺母不動為合格。

2.2 錨桿巷道礦壓監測

本次巷道支護試驗的礦壓監測，進行以下三個方面的監測內容：

2.2.1 巷道表面位移監測。巷道表面位移是最常用的礦壓監測內容。監測項目包括頂底板移近量、兩幫移近量、頂板下沉量、底鼓量等。根據監測結果，可計算巷道表面位移速度、巷道斷面收斂率，繪制位移量、位移速度與采、掘工作面位置與時間的關系曲線，分析巷道圍巖變形規律，評價圍巖的穩定性和支護效果。巷道表面位移常用的方法是十字布點法。巷道每隔100m布置一個觀測站，每個觀測站布置兩個監測斷面，兩個監測斷面相隔1m左右，測讀AO、AB值和CO、CD值，也可測量AC、AD、CB、DB值。測量頻度一般距采、掘工作面50m內，每天測取一次讀數，其他時間每周觀測1-2次。根據圍巖穩定性情況，也可根據實際需要，加密或加大觀測間隔時間。

2.2.2 巷道頂板離層監測。巷道開挖后，圍巖產生變形，頂板出現下沉。由于頂板不同深度的位移是不相同的，一般淺部巖層的位移較大，深部巖層的位移較小，導致淺部巖層與深部巖層出現位移差，頂板的這種位移差即稱為頂板離層。測量錨桿支護巷道錨固區內外頂板離層大小，對評價錨桿支護效果和巷道安全程度具有重要意義。監測頂板離層常用頂板離層指示儀。離層指示儀一般帶有一個深部錨固基點和一個淺部錨固基點，分別監測巷道表面與淺部基點之間、淺部基點與深部基點之間的相對位移。淺部基點設置在錨桿端部位置，深部基點設置在比較穩定的深部圍巖中?；c固定采用彈簧爪式結構，測量鋼絲與固定基點和測讀裝置連接，測讀裝置由兩個貼有反光膜和帶有刻度的圓管組成，采用一個套管插入孔中，作為測讀裝置的基準點。

2.2.3 錨桿受力監測。錨桿受力監測是巷道礦壓監測的重要內容，通過監測錨桿體受力的大小與分布，可比較全面地了解錨桿的工作狀況，錨桿支護設計是否合理，錨桿是否發生屈服和破斷，根據監測數據提出對錨桿支護設計的修改建議。采用液壓式、錨桿測力計。液壓式錨桿測力計主要由一個帶圓孔的液壓枕與壓力顯示表組成。安裝時，將液壓枕的圓孔套入錨桿，置于錨桿托盤之下，再加一托板，擰緊螺母即完成安裝。錨桿受力后擠壓托板，托板將壓力傳遞到液壓枕上，引起液壓枕內油壓升高，然后從壓力表上可以直接讀出數據，即錨桿尾部承受的拉力值。

3 結語

該公司通過推廣應用高強度、大預應力錨桿技術，有效的解決了深部巷道支護困難、破壞嚴重、維修量大的難題，保證了巷道的安全穩定，減少了巷道維修和套修量，降低了巷道綜合支護成本，取得良好的經濟和社會效益。

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作者簡介：孫衛平（1979-），男，河北唐山人，助理工程師，研究方向：頂板支護。