錨桿支護(hù)技術(shù)工藝淺析

【摘 要】通大公司煤礦不斷尋求錨噴支護(hù)技術(shù)及工藝的新突破，經(jīng)過多年的探索建立起巖巷施工“光面爆破成形一高強(qiáng)錨桿支護(hù)-4，噴厚成巷”的快速作業(yè)體系，使施工安全和工程質(zhì)量得到保證，具有很高的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】錨噴支護(hù)；快速作業(yè)；施工；安全

0.前言

錨噴支護(hù)作業(yè)一種安全、經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方式，自60年代在煤礦大力推廣應(yīng)用以來取得了巨大的發(fā)展。大陸煤礦按錨噴支護(hù)技術(shù)和工藝的不同大體可分為三個(gè)發(fā)展階段：第一個(gè)階段為80年代，以快硬水泥錨固劑卷端頭錨固的Φ16mm圓鋼錨桿支護(hù)為主；第二階段為90年代，以小鉆頭、小錨桿、小錨固劑卷的“三小”技術(shù)為主：第三階段自2001年2月至今，以高強(qiáng)度左旋無縱筋螺紋鋼樹脂錨桿支護(hù)為主，支護(hù)技術(shù)及施工藝取得了新的突破。這是一次支護(hù)技術(shù)大變革。它充分借鑒了煤巷錨網(wǎng)支護(hù)的成功經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真分析廠傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)及工藝存在的弊端，努力進(jìn)行支護(hù)理論的新探索并在實(shí)踐中使之不斷驗(yàn)證、發(fā)展、完善，打破了錨噴支護(hù)工藝長(zhǎng)期徘徊不前的局面，遵循了巖巷施工安全、經(jīng)濟(jì)、高效的原則，取得了顯著的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.支護(hù)理論對(duì)支護(hù)方式選擇的指導(dǎo)

錨桿支護(hù)理論一般分為懸吊理論、松動(dòng)圈理論、組合拱理論和組合梁理論等。我們以為，以圍巖松動(dòng)圈理論為主線，以組合拱理論為立足點(diǎn)，按不同巖性和階段將巷道劃分為幾種類型，用以指導(dǎo)施工較為合理。在圍巖松動(dòng)圈小于400mm的穩(wěn)定巷道，以自然拱理論為主，錨桿的作用較小，主要是控制頂板下部巖體的錯(cuò)動(dòng)和離層失穩(wěn)的發(fā)生，噴射護(hù)覆的目的主要是防止圍巖的風(fēng)化。因此可采取只安設(shè)頂部錨桿等較簡(jiǎn)單的支護(hù)方式。在圍巖松動(dòng)圈介于400-1500mm之間的基本穩(wěn)定巷道，以懸吊理論和組合拱理論為主，錨桿深入穩(wěn)定巖層中，約束破壞區(qū)巖層的離層與錯(cuò)動(dòng)。因此可采取常規(guī)的端頭錨固或長(zhǎng)錨固錨桿、噴射混凝土支護(hù)方式。在圍巖松動(dòng)圈大于1500mm的不穩(wěn)定巷道如地質(zhì)破碎帶、軟巖帶或受采動(dòng)影響區(qū)的巷道，則強(qiáng)調(diào)采用組合拱理論。這時(shí)圍巖變形加大、錨桿受力增大，只要錨桿不發(fā)生破壞，圍巖的穩(wěn)定層仍在錨桿的控制范圍內(nèi)，或該穩(wěn)定層上移致使錨桿完全處于破壞巖層內(nèi)，錨桿和破壞巖體仍可形成承載圈，具有一定的承載能力。因此應(yīng)適當(dāng)減小錨桿之間排距，實(shí)行全長(zhǎng)錨固或加長(zhǎng)錨固以保證錨桿的高預(yù)緊力。對(duì)于第三種情況，尤其要采用較小的噴射混凝上厚度，保證巷道的柔韌性和抗變形能力，而不是相反，這一點(diǎn)可以從對(duì)以往巖巷變形、破壞情況的觀測(cè)及分析中得到證實(shí)。

2.影響支護(hù)技術(shù)和工藝變革的因素

影響巖巷錨噴支護(hù)技術(shù)和工藝變革的因素很多，如支護(hù)理論的成熟與否、錨桿支護(hù)材料的改進(jìn)、工藝及機(jī)具的配套、施工技術(shù)工藝水平的差異，還有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)及工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定規(guī)范的限制等等。隨著煤巷錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展，支護(hù)理論呈現(xiàn)多樣化并逐步成熟和統(tǒng)一起來，支護(hù)材料、安裝工藝及機(jī)具也發(fā)生了根本性的革新。這些都為巖巷支護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新創(chuàng)造了條件。施工技術(shù)水平在現(xiàn)有基礎(chǔ)上已難有大的提高。而十幾年不變的工程質(zhì)量規(guī)范在有些方面已明顯不適應(yīng)施工技術(shù)及煤礦發(fā)展的要求。如對(duì)錨噴支護(hù)巷道凈斷面尺寸誤差范圍的要求是：

3.錨噴支護(hù)工藝的變途徑

3.1錨桿支護(hù)技術(shù)及支護(hù)材料的變革

傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)系統(tǒng)主要包括Φ16mm圓鋼錨桿、快硬水泥錨固劑卷、鑄鋼錨桿托盤。錨桿長(zhǎng)度一般在1600mm左右，其尾端是有車絲工藝加工出M14的螺紋，配用普通M14螺母。錨桿一般使用1卷錨固劑卷實(shí)行端頭錨固，設(shè)計(jì)錨固力為40kN，特別情況下裝3-4卷錨固劑卷實(shí)行全長(zhǎng)錨固。錨桿安裝用鐵錘硒入，安裝初期的15-20min不能緊固，無預(yù)緊力。錨桿間排距一般為800mmx800mm。

這套錨桿支護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是加工制作簡(jiǎn)單、安裝技術(shù)要求不高、支護(hù)成本低。其缺點(diǎn)是支護(hù)強(qiáng)度低；安裝初期無預(yù)緊力，不能及時(shí)有效地支護(hù)頂板；鑄鋼錨桿托盤脆性太大，受力后易發(fā)生碎裂；錨桿的間排距和錨桿長(zhǎng)度受材質(zhì)等因素限制不宜加大，對(duì)巷道圍巖深部的離層、破壞難以控制。為克服以上缺點(diǎn)，新的錨桿支護(hù)系統(tǒng)采用020mm高強(qiáng)度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿配合CK2850型樹脂錨固劑卷、M21銷釘式T型螺母、拱形金屬托盤。錨桿桿體長(zhǎng)度2000mm，一般實(shí)行端頭錨固，采用一次性快速安裝工藝，錨桿的設(shè)計(jì)錨固力不低于80kN，錨桿預(yù)緊力矩不低于100Nm。錨桿間排距一般為1000mmXl000mm，圍巖破碎地段一般縮小為800mmX800mm。這套錨桿支護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)足支護(hù)強(qiáng)度高、預(yù)緊力高、錨固力大，實(shí)現(xiàn)了一體化快速安裝、承載，大大提高了支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效地降低了爆破對(duì)圍巖的破壞程度。特別是錨桿尾端采用冷撥滾絲工藝在4，20mm螺紋鋼桿體上加工出M21的螺紋，加之錨軒托盤與固定螺母的配套使用，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度錨桿的等強(qiáng)特性，使支護(hù)材料的效能得到了最大限度的發(fā)揮。

3.2噴射混凝土工藝的變革

變強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用使巷道支護(hù)的可靠性大大提高。噴射混凝土的主要目的是封閉、固化圍巖，噴層厚度不需過大。在傳統(tǒng)的支護(hù)方式下，噴層厚度一般為100mm，交岔點(diǎn)等特殊地點(diǎn)達(dá)到150-200mm。由于質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)范的限制，在光爆質(zhì)量達(dá)不到理想的要求時(shí)，個(gè)別地點(diǎn)的噴層厚度達(dá)到300-500mm，給隱蔽工程造成極大隱患。我們首先選擇聯(lián)絡(luò)巷等受采動(dòng)影響劇烈的巖巷進(jìn)行試驗(yàn)，噴層厚度由100mm減少到70mm。結(jié)果巷道在工作面回采前后盡管產(chǎn)生了較大的變形，但巷道支護(hù)系統(tǒng)基本完好，噴層片落的現(xiàn)象大大減少，片落處只需少量補(bǔ)噴即可安全使用。我們?cè)谄渌愋偷膸r巷道推廣了這一做法。并對(duì)邊界固風(fēng)巷、聯(lián)絡(luò)巷等巷道進(jìn)一步降低噴厚到30-50mm，同樣取得了滿意的效果，并節(jié)約了大量噴射物料，保證了巖巷快速掘進(jìn)條件下“三掘一噴”的正規(guī)循環(huán)作業(yè)。

4.工程質(zhì)量保證措施

4.1光爆質(zhì)量控制

堅(jiān)持光爆毛斷面質(zhì)量標(biāo)；隹高于成巷標(biāo)；隹。區(qū)隊(duì)利用現(xiàn)場(chǎng)交接班對(duì)每遍炮進(jìn)行光爆質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、考核，光爆質(zhì)量合格，同時(shí)噴厚合格率達(dá)到90%及以上，眼痕率達(dá)到60%以上的巷道才能評(píng)定為優(yōu)良。保證巷道毛斷面的成形質(zhì)量及圍巖的完整性和穩(wěn)定性。

4.2錨桿拉拔力檢測(cè)

樹脂錨固劑的質(zhì)量穩(wěn)定性直接影響到錨桿的安裝質(zhì)量。并為每個(gè)掘進(jìn)工作面配備了20t的錨桿拉力計(jì)，施工單位要由噴碹班每天進(jìn)行一次錨桿抗拉拔試驗(yàn)，每次抽查3根，要求錨桿的拉拔力要達(dá)到80kN；每月要做一次錨桿破壞性拉拔試驗(yàn)，要求錨桿的拉拔力要達(dá)到150kN以上。每月做一次錨桿抗拉拔試驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

5.主要成效

新型錨噴支護(hù)技術(shù)及工藝的探索與實(shí)踐帶來了巨大的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

錨桿快速安裝工藝及錨桿支護(hù)密度的降低滿足了巖巷快速掘進(jìn)的需要。樹脂錨桿安裝速度比原來的快硬水泥錨桿提高了近4倍，錨桿支護(hù)密度也比原來降低了近30%-40%。

采用新型錨噴支護(hù)技術(shù)及工藝節(jié)約了支護(hù)材料，降低了成本，由于高強(qiáng)高錨桿支護(hù)系統(tǒng)的推廣使用，在支護(hù)強(qiáng)度不變的條件下，錨桿使用數(shù)量減少了近30%-40%，噴射混凝土厚度降低了30-50mm，節(jié)約噴射物料30%-50%，支護(hù)成本明顯降低。

該建立起新型巖巷快速作業(yè)體系，提高了施工隊(duì)伍的施工技術(shù)及安全管理水平。通過兩年多的實(shí)踐，建立起”光面爆破咸形一高強(qiáng)錨桿支護(hù)-4，噴厚成巷”的快速作業(yè)體系。先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)手段有效地提高了支護(hù)的可靠性，確保了隱蔽工程的安全。我們還積極引導(dǎo)施工單位從抓好光面爆破這一環(huán)節(jié)人手。不斷提高施工技術(shù)和管理水平，利甩綜合手段進(jìn)行成本控制，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。自2001年新型錨噴支護(hù)系統(tǒng)推行以來，大陸煤礦杜絕了錨噴支護(hù)巷道頂板事故，巖巷掘進(jìn)單位一直保持了全公司先進(jìn)水平。