矿建工程中巷道掘进锚杆支护技术研究

2015-09-09 107 0

   【摘要】在矿建工程中巷道掘进中,锚杆支护是一种广泛应用的支护技术,巷道掘进锚杆支护技术对提高矿建工程施工速度,实现高产高效的作用。为我们矿建工程的安全施工起到非常重要的意义。文章从巷道掘进中的锚杆支护的作用原理出发,结合实践,分析了相关的技术,仅供同行参考借鉴。
 
  引言
 
  煤炭资源是我国主要的一次性能源,一直在我国生产和消费中占主要的地位。而我国煤矿一般是通过建立地下巷道的开采方式,在巷道内使用掘进工艺技术,主要包括破岩、煤炭的装运和巷道的支护。一般情况下,在保证巷道掘进的同时,还要保证巷道的通畅与围岩的稳定安全,这对于矿建工程来说具有重要的意义。随着巷道掘进的广度和深度进一步增加,巷道内地质的条件也越来越复杂,对于巷道支护技术也提出了更高要求。
 
  一、作用原理
 
  所谓锚杆主要是指在巷道围岩体安置的杆状锚栓体系。在我们巷道掘进之后,会在围岩中钻锚杆眼,并把锚杆安置到锚杆孔之中,这样就很好的起到了加固围岩的作用,进而对巷道的稳定起到维持的效果,一般来说,锚杆支护的作用原理可以分问以下几个方面:
 
  (1)悬吊作用,这主要是指利用锚杆将快于冒落的软弱岩层及围岩悬吊到岩体之上,进而利用锚杆来承载软弱岩是围岩的重量。
 
  (2)组合梁作用,这主要是把平顶巷道层状顶板当作叠合梁,而这种叠合梁是以巷道两帮当作支点的,由于荷载的作用,每一层板梁都会各自弯曲,其上下缘将分别处在受压及受拉的状态,我们通过使用锚杆把板梁压紧以后,由于荷载的作用,则类似于一块板梁的弯曲,这样就很好的提升了板梁的抗弯强度。
 
  (3)挤压加固拱作用,通过在巷道周围进行锚杆的布置,可以很好的将巷道拱部节理发育的岩体进行连接,这样就在形成了一个具有很好自承能力的拱形压缩带,进而使围岩作用在支架上的荷载转变为承载结构,最终对顶板压力及自身重量起到了很好的支撑作用。
 
  (4)减跨作用,这主要是指通过锚杆能够对力拱的跨度及高度进行有效的减少。举例来说,我们在巷道跨中安置一根锚杆,这就类似安装了一根支柱,这样就把以前的一个拱分成两个。如果我们安置三根锚杆就相当与将以前的拱分成了四个。
 
  (5)围岩补强加固作用
 
  一般来说,位于巷道深处岩石中的岩石会处在三向受力的状态,靠近巷道周边的岩石会处在二向受力的状态。而前者的强度会比后者大很多,所以,后者特别容易出现丧失稳定性的问题。我们利用锚杆的安装,可以将围岩部分变成三向受力的状态,这样就很好的提升了强度。另外通过锚杆我们还可以对岩层弱面的抗剪强度进行有效的提升,进而增强周边围岩的稳定性。
 
  二、锚杆支护的优势
 
  锚杆支护技术和棚式支架相比较,具有明显的优势。
 
  1)锚杆支护可以提高巷道的支护效果,实现岩体整体性,对于不稳定的岩层还能起到悬吊的作用,有效地提高了岩体承载能力。
 
  2)锚杆支护技术可以使用锚固剂、杆体和托板等构件或者喷层,和围岩形成支护体系,对巷道的维修和工作面端头的支护与超前的支护有效简化,加快了采煤工作面的工作速度,提高煤炭开采量和经济效益。
 
  三、锚杆支护技术分析
 
  矿建工程巷道掘进的支护技术分为两种,一种为巷内支护,一种为巷旁支护。而巷内支护又可以分成基本支持和加强支护。
 
  3.1巷内支护
 
  3.1.1基本支护
 
  1)支护形式。巷道内基本支护一般采用强力锚杆、高预应力和锚索支护系统。对强力锚杆和锚索增加高预应力,对围岩进行扩散,对围岩中的裂隙、新裂纹和结构面的离层滑动进行有效的控制,使围岩保持住巷道掘进期间的稳定与完整。
 
  2)支护材料。巷道内的围岩具有容易变形和被破坏的特点,所以,要使用高韧性和高延伸性的材料作为强力锚杆和锚索的支护材料。锚杆的杆体要使用BHRB500的左旋无纵筋螺纹纲筋,而屈服的强度一定要大于500MPa,一般拉断强度也要大于670MPa,冲击的吸收需要达到30J,伸长率要达到20%。
 
  锚索要使用新型1×19结构的具有高强度预应力的钢绞线,而拉断荷载要达到600kN(直径φ22mm),而伸长率需要达到7%,要使锚杆预应力实现有效的扩散,一般锚杆的组合构件要使用W型的钢带。
 
  3)支护参数。通过数值模拟对多方案实现对比,再结合实际经验,就可以确定锚杆和锚索支护的具体参数。锚杆直径为22mm,长度为2.4m,可以用树脂加长锚固,一般预紧力矩是500N·m,要应用W型的钢带与金属网护顶。设定顶板锚杆的间、排距900mm×1000mm,那么帮锚杆间、排距则为1000mm。当顶板锚索的直径达到φ22mm,长度为6.3m,那么每排要设2根锚索,间距要设定为1.8m,排距则需要设定为2m,预紧力需要300kN。
 
  3.1.2加强支护
 
  普通回采工作面受到超前的支承压力影响,巷道的围岩会产生变形和破坏,所以,要使巷道围岩保持稳定工作,就要进行加强支护。
 
  工作面安全出口和巷道的连接处20m的范围内,必须要进行加强支护。加强支护一般有两种工作方式,一种是单体支柱配顶梁,另一种是专门设计的加强支护液压支架。
 
  1)单体支柱配顶梁。巷道不仅受工作面支承压力影响,还要受到开采后煤帮缺失的影响,巷道两侧的填充体不能达到需要的强度,所以,在这个空间内,一定要进行高阻力加强支护的设置,有效阻止顶板的下沉,对顶板岩层离层进行控制,既保证了顶板的完整,也为巷道提供安全而宽敞的作业空间。
 
  2)专门设计的加强支护液压的支架。专门设计的加强支护液压支架是由立柱、顶梁、底座和四连杆机构共同组成。支架前后相邻被伸缩梁与推移千斤顶所连接,使支架实现了推拉的自移行走。
 
  3.2巷旁支护
 
  巷旁支护也有很多种形式,一般选择的是充填式巷旁支护,这种支护方式有充填体强度和充填体变形性能的要求。巷旁充填体不仅要较高的强度,还要具有较好变形性能,才能适
 
  应基本顶岩层的旋转下沉引起变形。同时,巷旁充填体也不能产生大的侧向变形,才能保证巷道足够的断面积。
 
  巷旁充填体的施工,一般情况下是采用泵送方式,使用具有良好泵送性能的充填材料,而充填体上方顶板也要预先做好锚杆和锚索支护的工作。煤壁的位置沿巷道向下3m,长度为5m的工作范围,进行巷道掘进,进行锚杆支护工作,锚杆可以设计为直径φ22mm、而长度2m左旋无纵筋螺纹钢锚杆,一般间排距为1000mm×800mm,要在每排布置4根锚杆,都采用钢带和金属网护顶。

  四、结语
 
  我国矿建工程的巷道掘进速度一直受地质条件、设备和技术的限制,难以提高生产率,只有深入分析原因,提出解决办法,才能保证矿建工程安全有序地进行,实现经济效益的提高,满足我国经济发展对煤炭的需求。

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