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預應力錨桿支護的實踐與認識

2013-04-29 00:00:00陶凱
科技創新與應用 2013年5期

摘 要:文章介紹了預應力錨桿支護在阜新市地方弘霖煤礦9#煤層應用,針對煤層巷道的情況,拋舊推新地及時采取了錨桿設計支護方式,使原有的被動支護轉變為積極的主動支護,結合實踐的經驗和理論的計算,最終達到了支護設計的成功,保證了安全生產。

關鍵詞:預應力錨桿,支護設計,成功

1 概況

弘霖煤礦地質條件復雜,隨著開采深度的增加和地質條件的復雜變化,巷道煤質松軟破碎,節理裂隙比較發育,圍巖不穩定,礦壓顯現比較明顯,圍巖變形大,同時又受到采動的影響,自掘之日起到現在已經大面積的翻修了幾次,特別9#煤層屬不穩定煤層,局部地段與8下煤層合并,局部分開,直接頂板平均厚度0.75~1.85米,為灰色泥巖與泥質粉砂巖,具菱鐵質條帶,堅固性系數為2.5~2.9,質軟,屬軟巖,易垮落,因此還未使用過錨桿進行支護,為了保證礦井的正常安全生產,應拋舊推新及時采取先進的巷道支護方式,同時降低支護成本。

2 預應力錨桿的提出

錨桿支護就是以維護和利用圍巖的自承能力為基點,及時地進行支護,控制圍巖的變形和松弛,使圍巖成為支護體系的組成部分。通過錨入圍巖內部的桿體,改變巷道圍巖的本身的力學狀態,在巷道周圍形成一個整體而又穩定的承載環,和圍巖共同作用,達到維護巷道的目的。

3 工程設計

基于以上理論,我礦對9#煤層頂板采取預應力錨桿進行支護。錨桿參數設計:

3.1 錨桿長度L計算

L=L1+L2+L3

L1:錨桿外露長度,取0.1m

軟巖分類見下表

根據上表及弘霖煤礦提供的地質資料,圍巖松動圈L2取中松動圈值1500mm可滿足要求。

L3:錨桿端部錨固長度一般取300-400mm,這里取400mm,L=0.1+1.5+0.4=2.0m。增加安全系數L取2.2m。

3.2 錨桿間排距的確定

設計采用等距離布置,每根錨桿所負擔的巖體重量為其所承受的荷載,按下式計算:

Q≥KγLpα2

α≤■

式中:Q-錨固力KN,取67KN;

γ-巖石容重;

K-安全系數K=1.5~2,取2; α-錨桿間排距;

LP-有效錨固長度1.5m。

α≤■= ■=0.85m

錨桿間排距均取800mm,能滿足要求。

3.3 錨桿直徑的確定

根據桿體承載力與錨固力等強度確定,按下式計算:

d=1.13×■

Q錨固力取65KN,Qt錨體抗拉強度510Mpa(A3鋼).

d=1.13×(65××103/510×106)1/2=1.25mm

取d=20mm.能滿足要求。

根據以上計算,錨桿間排距均為800mm,錨桿采用?準20×2200mm左旋高強樹脂錨桿(每排共計3根),材質為A4鋼。由于9#煤層頂板巖質松軟,裂隙發育,自穩時間短,易風化,遇水膨脹,諸多因素導致頂板易出現淺部放線,近而誘發塊狀冒落,致使錨桿外端配置松動,失去支護效果,為此采取加設280×300mm(寬×長)的小鋼帶,鋪設菱形鐵絲網措施,解決掉矸現象。由于該巷服務年限短,斷面設計為2.5×2m(寬×中高),巷幫沒有采取任何支護。

4 工程類比及結論

此巷施工500m完畢后,在頂板每隔50米安裝了頂板離層儀,經一個月的觀測,巷道頂板均無垮落、離層現象,但是里塊段的巷道采用原先木棚進行支護,結果有2/3的支護被壓折,出現翻修現象。兩巷進行類比,充分體現了錨桿支護的優越性,也打破了錨桿支護僅在穩定巖層中使用的局面,對推廣錨桿支護起到了舉足輕重的作用。

參考文獻

[1]徐永忻.采礦學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2003.

[2]錢鳴高,石平五.礦山壓力及巖層控制[M].徐州:中國礦業大學出版社,2003.

[3]楊夢達.煤礦地質學[M].北京:煤炭工業出版社,2000.

作者簡介:姓名:陶凱,性別:男 民族:漢,籍貫:遼寧省阜新市人,職稱:工程師,單位:遼寧省阜新市煤炭工業管理局.

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