摘要:在矿山主要开拓及采区巷道施工中,为了有效地控制围岩的变形,必须锚杆支护,锚杆支护也代表了老道支护的发展方向。但锚杆支护效果经常失效,达不到预想的结果,该文将对锚杆支护失效的几种情况进行分析与研究。
1、引言
锚杆支护是一种先进的支护方式,目前,正在井巷工程中大量推广使用,但锚杆支护受地质、水文及安装使用等因素影响会造成锚杆支护失效。使用不当、安装不合理、管理不到位就会导致发生锚杆支护失效将引发冒顶、片帮。这就需要在施工过程中对支护方式作出针对施工现场实际情况的调整和加强管理,以防止支护失效。发挥锚杆支护先进性的同时需要解决其不足之处,在此与大家对锚杆支护作共同探讨,以找出其不足之处,探讨改进办法,不断创新和改进锚杆支护方式为目的。
2、锚杆支护失效的分析与研究
锚杆支护使用的材质目前多采用钢材,通常选用直径18-20毫米的螺纹钢。如果选择螺纹钢直径小于实际要求就达不到提拔强度,一旦外力过大造成锚杆体断裂就会失去对围岩的提拔作用而支护失效。对钢材的原本质量也有严格的要求,例如:含碳量过高的钢材性脆、强度低、韧性差,不能用于加工锚杆及其螺母、托板等配件。含碳量超标的钢材加工的锚杆因岩层位移错动而受剪切力造成锚杆弯曲,严重情况折断锚杆。在加工锚杆之前对钢材的材质、规格严格把关才能确保锚杆达到支护强度的要求,否则,造成因锚杆劣质达不到支护强度而支护失效。
表土、流沙层、角砾岩、充填物、软煤层、软泥岩和断层面、破碎带这些特殊围岩及地段结构不稳定极容易发生范围大、冒高超过锚杆长度的冒落空间,这些特殊构造的围岩硬度低、强度低、层理不发育、破碎、机械强度低,从而导致锚固范围的围岩容易冒落,在这些特殊围岩中,锚杆的悬吊作用、组合作用、减跨作用都会减弱或失去,如果这些软弱围岩发生高冒,冒落高度大于锚杆有效支护厚度时,就将锚杆及其控制的围岩一并冒落,最终造成锚杆支护失效。
对围岩进行开挖后,如果长时间甚至长期不及时支护或支护不着力,围岩因受压而下沉、破裂、离层而降低稳定性。再打锚杆支护时因发生锚固岩层稳定性受破坏,且随着高厚度的围岩移动、下沉,锚杆支护失效。
未喷浆或喷浆封闭不严密,掘进后的裸露围岩与空气长期接触而发生风化、氧化,造成围岩成分变化发生软化、掉落、位移,这对锚杆支护的主要危害是造成托板处的岩石强度降低,托板从原紧贴岩面转为不贴岩面、松动而造成锚杆支护失效。预紧力不够托板就不能紧贴岩面,会造成托板松动、岩块悬吊,加之爆破震动等多种原因都会发生掉矸、漏渣造成托板不紧贴岩面。爆破震动容易震落托板处的岩块,还会造成螺帽退丝,以形成托板掉离岩面。
断层、裂隙具导水性,当锚眼穿过出水断层、裂隙或含水岩层时,往往出现锚眼作为一种出水通道而长期流水。长期流水的锚眼受流水的冲刷等物理作用和化学作用造成锚眼壁岩石流失、松动、强度下降,从而扩大锚眼或壁岩强度大大弱化而造成树脂锚固体与锚眼壁失去原有的咬吻作用而锚杆失去提拔的着力点,如此造成锚杆支护失效。
岩层极其破碎,锚杆之间岩石发生下移、冒落造成锚固体与托板之间发生空洞现象,于是锚杆对锚固体与托板之间的岩石失去提拔作用而造成锚杆支护失效。更严重时锚固体依附生根的围岩也下移或冒落,造成锚杆整体随破碎掉落而失去支护作用。
泥岩遇水容易发生膨胀造成底鼓帮鼓等现象,当膨胀岩层厚度大,会出现锚杆整体都安装在膨胀岩层中,随着岩层膨胀鼓出将锚杆整体往外移出而形成锚杆支护失效。
锚杆支护的角度有普通角度和特殊角度两种。普通角度就是平常要求垂直井巷轮廓线的角度,特殊角度为井巷围岩为特殊构造形态时采取特殊安装锚杆的角度。例如,岩层倾角70-90度的条件下,井巷拱部的岩层成为半部分处于接近竖直悬空状态,将锚杆垂直井巷轮廓线安设,锚杆整体处于某一单个岩层中,对多层岩层不具串联效果而失去锚杆基本功能之一的组合作用而造成假支护,岩石冒落时锚杆也随之移出导致锚杆支护失效。近水平、缓倾斜岩层,锚杆角度不合理造成减小锚杆支护组合拱的厚度,也大大减小锚杆支护效果。
3、加强锚杆质量的途径
(1)通过有效的技术培训及教育,提高施工人员的素质,消除人为因素的影响。对施工人员进行岗前技术培训,让其熟知锚杆施工的每一道工序,熟练掌握锚杆施工的技巧,合理设计锚杆施工工艺图,利用好锚杆的固有属性。
(2)合理确定锚杆外露长度,确保有效支护长度。根据现场实际情况,合理确定锚杆的支护长度和外露长度,使锚杆的支护作用最大化,完美化。
(3)及时支护安设锚杆,并给予合理的预紧力,可以减少围岩拉应力区,改变围岩的应力状态,提高围岩强度。提高岩层层面的摩擦力和粘结力,从而能提高组合梁的强度,并能充分发挥岩石自身的承载能力。
(4)合理确定锚杆支护角度。需按围岩倾角、岩性、厚度等多方面综合考虑作出锚杆安装角度的科学调整,从而实现有效支护。
4、结语
锚杆支护有它不完善的方面,分析其原因就在于探索其存在的问题,以找到解决问题的方法从而对锚杆支护方式得以改进,使其更加完善达到支护可靠有效的目的,或是作出锚杆支护适用条件的判定。提出锚杆支护失效作为一个课题来同大家探讨和研究,也进一步丰富锚杆支护理论,达到我们共同提高的目的。
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