困難復(fù)雜條件下的煤巷錨桿支護(hù)

困難復(fù)雜條件下的煤巷錨桿支護(hù)
前言
錨桿具有主動支護(hù)、有效強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度和保持圍巖穩(wěn)定、施工簡單、成本較低、安全可靠、改善作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為世界各國巷道支護(hù)的一種主要形式。煤巷支護(hù)與巖巷、其它地下工程支護(hù)相比，有以下特殊性和困難：圍巖松軟，兩幫煤的單軸抗壓強(qiáng)度很低；采深大、構(gòu)造復(fù)雜、受強(qiáng)烈采動影響，地應(yīng)力很高；圍巖變形強(qiáng)烈，一般為巖巷的幾倍至幾十倍；巷道服務(wù)時(shí)間短，支護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)必須低廉。因此，煤巷錨桿支護(hù)是一種不同于巖巷及其它地下工程的特殊支護(hù)，它不采用錨噴網(wǎng)，一般為錨網(wǎng)、錨梁或錨梁網(wǎng)組合支護(hù)。
我國煤巷采用原煤炭工業(yè)部頒布的《緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》，將回采巷道圍巖穩(wěn)定性分為非常穩(wěn)定（類）、穩(wěn)定（類）、中等穩(wěn)定（類）、不穩(wěn)定（類）及極不穩(wěn)定（類）類。每年新掘巷道總長度中的煤巷，年錨桿支護(hù)所占比重僅，而且主要使用在類巷道中。
研究和發(fā)展困難復(fù)雜的，類巷道的煤巷錨桿支護(hù)既有重要的理論價(jià)值，又將對迅速提高錨桿支護(hù)在煤巷支護(hù)中所占的比重起重要作用。
困難復(fù)雜條件下的，類巷道圍巖一般比較松軟破碎、地應(yīng)力大、受采動影響強(qiáng)烈，因而巷道變形速度快，變形量很大，維護(hù)困難。近年來，我們對這類煤巷錨桿支護(hù)進(jìn)行了大量的研究工作，在理論和技術(shù)上都有了新的突破，并在全國推廣。巷道類型有：軟巖巷道；窄煤柱沿空掘巷；深井巷道；受采動強(qiáng)烈影響巷道；圍巖破碎巷道；強(qiáng)烈底鼓巷道。

支護(hù)的基本準(zhǔn)則和方法

高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度全長樹脂錨固錨桿支護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用
端錨普通錨桿錨固力小，約束圍巖變形能力差，因而頂板離層、位移量大，甚至發(fā)生冒頂事故。理論和實(shí)踐均證明，高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度全長樹脂錨固錨桿支護(hù)系統(tǒng)維護(hù)頂板是行之有效的。它包含以下內(nèi)容：
（!）改變了我國長期使用錨固力僅有幾十千牛的低強(qiáng)度圓鋼錨桿的落后狀態(tài)，成功地應(yīng)用了建筑螺紋鋼和左旋螺紋鋼為材料的高強(qiáng)、超高強(qiáng)錨桿。對錨桿尾端螺紋部分熱處理的高強(qiáng)錨桿，極限載荷；對整根錨桿強(qiáng)化熱處理的超高強(qiáng)錨桿，極限載荷。
錨桿延伸率均在!&D以上。此外，錨桿螺母由錨桿鉆機(jī)擰緊，初錨力可達(dá)，用掘錨機(jī)的液壓鉆機(jī)擰緊時(shí)可達(dá)，有效地控制圍巖早期離層。根據(jù)巷道圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論觀點(diǎn)，錨桿錨固力越高，錨固
體極限強(qiáng)度強(qiáng)化系數(shù)和殘余強(qiáng)度強(qiáng)化系數(shù)越大，錨固體的力學(xué)性能越能得到更好地改善，能夠更好地控制圍巖變形。
（!）一般采用全長樹脂錨固。由于錨桿支護(hù)系統(tǒng)剛度增大，頂板變形量顯著減小，同等條件下全長錨固時(shí)圍巖變形量僅為端頭錨固時(shí)的。同時(shí)全長錨固錨桿受力后中部軸力最大，兩端最小，因而有利于保持頂板的完整性。如果頂板條件較好，也可以采用加長錨固，錨固長度一般為"%左右。
（&）為了使錨桿形成整體，保持頂板的完整，防止局部圍巖冒落，常采用’鋼帶或鋼筋梯、金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)，與錨桿配套使用，形成完善的支護(hù)系統(tǒng)。
加長錨固可伸長增強(qiáng)錨桿的應(yīng)用由于煤幫最為松軟，兩幫變形量大于頂板下沉量，特別是窄煤柱護(hù)巷時(shí)更為顯著。因此，錨桿應(yīng)具有一定的伸長量，采用桿體可伸長增強(qiáng)錨桿是必要的。材料可用，直徑選"+%%、",%%，也可用螺紋鋼。桿體可伸長增強(qiáng)錨桿是普通錨桿尾部螺紋部分強(qiáng)化熱處理而成，使尾部螺紋部分的強(qiáng)度大于桿體強(qiáng)度，這樣既使得桿體的延伸性能得到充分發(fā)揮，又提高了錨桿的整體強(qiáng)度。用制成的桿體可伸長增強(qiáng)錨桿和同材料同直徑的普通錨桿比較，極限載荷從++(+23提高到了，延伸量從提高到。為保證幫錨桿具有一定的錨固力，錨固長度"%左右。為控制片幫，可使用鋼筋梯、網(wǎng)等。
!(加固巷道幫、角控制底鼓對加固巷道幫、角控制底鼓進(jìn)行了研究。
巷道底鼓是這類巷道礦壓顯現(xiàn)的一個(gè)重要特征。
嚴(yán)重時(shí)底鼓量占到頂?shù)装逡平康?%以上，對運(yùn)輸、行人造成很大的困難，巷道斷面的急劇縮小嚴(yán)重影響礦井通風(fēng)和生產(chǎn)安全。
為了控制巷道底鼓，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究工作。主要技術(shù)措施有：封閉型金屬支架、不同形式的反拱、底板錨桿、底板注漿加固、底板卸壓等。
發(fā)生底鼓的一個(gè)重要原因是在支承壓力作用下，圍巖發(fā)生不均勻的整體下沉，煤幫下沉引起巷道底鼓。
巷道角部由于應(yīng)力集中造成破壞，因而以幫、角的塑性區(qū)、破碎區(qū)為最大。圖"是相似材料模擬試驗(yàn)結(jié)果。
由于煤巷兩幫的下沉，使得巷道底板承受較大的水平擠壓力而引起底鼓。兩幫下沉量與底鼓量近似線性關(guān)系。圖!為黃塘嶺礦煤巷兩幫下沉與底鼓關(guān)系的有限元計(jì)算結(jié)果。
為了防治底鼓，開掘巷道后應(yīng)盡早加固圍巖軟弱的幫和角（主要是底角），作用是：減弱巷道角部應(yīng)力集中程度并在兩幫和底角盡快強(qiáng)化圍巖的強(qiáng)度，控制塑性區(qū)、破碎區(qū)的發(fā)展，防止和減少因底板圍巖塑性變形、粘塑性流動和破裂圍巖體積膨脹造成的底鼓。
（!）加固幫、角可提高巷道兩幫圍巖的自承能力，減少兩幫下沉量，從而減少底鼓量。
加固方法可在兩幫和底角打錨桿，也可以進(jìn)行圍巖注漿加固。
當(dāng)使用錨桿支護(hù)不能保證圍巖穩(wěn)定，常采用與不同形式的金屬支架聯(lián)合支護(hù)。

錨索加強(qiáng)與注漿加固圍巖

大斷面、地質(zhì)破壞地段、直接頂軟弱且較厚、高地應(yīng)力、綜放沿空巷道等處可用預(yù)應(yīng)力小孔徑錨索加強(qiáng)。
當(dāng)圍巖松軟破碎，可進(jìn)行注漿加固。
預(yù)應(yīng)力小孔徑錨索加強(qiáng)
小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索是適用于煤巷的一種施工簡單、安全可靠的支護(hù)技術(shù)。采用普通錨桿鉆機(jī)打眼，孔
徑28mm，孔深7-10m，15.24mm單根鋼絞線樹脂藥卷加長錨固，承載能力可達(dá)25KN。該技術(shù)施工設(shè)備及工藝簡單，縮短了錨固體養(yǎng)護(hù)和施工時(shí)間，實(shí)現(xiàn)錨索快速承載，價(jià)格低廉，是煤巷推廣錨桿支護(hù)的一項(xiàng)重要保證措施。
和一般錨索支護(hù)相比，小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索有以下特點(diǎn)：
施工設(shè)備簡單，用錨桿鉆機(jī)打孔，不需地質(zhì)鉆機(jī)；孔徑28mm，鉆孔及安裝簡單方便，速度快；
用樹脂藥卷錨固，可以迅速凝結(jié)、張拉而承載；價(jià)格低廉，每套錨索100-200元，便于在煤巷普遍推廣使用。
!(巷道圍巖注漿加固
為了改善破碎、軟弱圍巖巷道錨桿支護(hù)錨固力偏低的狀況和提高圍巖的強(qiáng)度，可對巷道圍巖進(jìn)行注漿
加固。即利用漿液充填圍巖內(nèi)的裂隙，將破碎的巖體固結(jié)起來。
當(dāng)圍巖特別破碎，裂隙十分發(fā)育，巷道隨掘隨冒時(shí)可采取超前注漿，一般條件采取滯后注漿。
注漿加固材料的選擇目前使用的注漿材料有化學(xué)漿液和水泥漿液兩大類?；瘜W(xué)漿液的優(yōu)點(diǎn)是滲透性好，膠凝時(shí)間可調(diào)，主要缺點(diǎn)是成本高、某些化學(xué)漿液污染環(huán)境，其一般只在需快速固化的重點(diǎn)工程中使用。水泥漿液可分為三類：一類是普通單液水泥漿，優(yōu)點(diǎn)是材料來源廣、價(jià)格低、結(jié)石體強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是水灰比低、易沉淀淅水、結(jié)石率低、可注性差、凝結(jié)時(shí)間長且不易準(zhǔn)確控制；二類是水
泥)水玻璃雙液漿，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)石率較高、凝結(jié)時(shí)間短且可調(diào)，缺點(diǎn)是結(jié)石體強(qiáng)度較低，如控制不好結(jié)石體經(jīng)過一段時(shí)間后易松散，對工藝要求也較高；三類是我們研制的*+,高水速凝材料，這種新型注漿材料的優(yōu)點(diǎn)是速凝可調(diào)、水灰比高、流動滲透性好、在高水灰比條件下1.5：1結(jié)石且不淅水、固結(jié)體強(qiáng)度顯著高于水泥固結(jié)體，見圖.。當(dāng)高水材料水灰比為即可初凝，其固結(jié)體的強(qiáng)度達(dá)3(/’%4567，不淅水，%&&-結(jié)石，在有泥質(zhì)、膨脹成分的圍巖中注漿，不會發(fā)生泥化及膨脹等現(xiàn)象，滲透性能好。高水速凝材料水灰比可在1.0：1-1.5：1之間。
高水材料圍巖注漿加固參數(shù)選擇
注漿加固主要參數(shù)有：注漿時(shí)間、注漿壓力、漿液擴(kuò)散半徑、注漿孔的布置、注漿量等。
7）注漿時(shí)間
裂隙的發(fā)育程度是注漿難易的一個(gè)重要因素。隨著巷道圍巖變形的增加，圍巖內(nèi)的裂隙和滲透性均增
大，適當(dāng)?shù)臏髸r(shí)間有利于漿液的滲透。通常注漿滯后時(shí)間應(yīng)在圍巖變形速度減小，進(jìn)入掘后穩(wěn)定期時(shí)進(jìn)行。
8）注漿壓力
注漿壓力主要取決于圍巖的滲透條件、漿液的流動力學(xué)性質(zhì)及注漿滲透范圍等。在煤巷中注漿，圍巖
很破碎時(shí)取&(/567的注漿壓力，較破碎時(shí)取1.0MPa左右，裂隙較小時(shí)取1.0-2.0MPa最高不超過.
3MPa。
9）漿液擴(kuò)散半徑及注漿孔的布置
漿液擴(kuò)散半徑是確定注漿孔布置及孔深的重要依據(jù)。影響擴(kuò)散半徑大小的因素較多，主要取決于注漿
壓力、圍巖力學(xué)性質(zhì)、裂隙密度及開度、漿液的流動力學(xué)參數(shù)及初凝時(shí)間等。正式注漿前，先進(jìn)行注漿試驗(yàn)，實(shí)測其擴(kuò)散半徑。
注漿范圍一般為圍巖的裂隙發(fā)育區(qū)。深部圍巖裂隙不發(fā)育，漿液難以滲透，因而過深的注漿孔意義不
大。煤巷圍巖注漿孔深度在"$左右。
注漿孔的間排距主要由漿液的擴(kuò)散半徑確定。兩孔的孔距應(yīng)保證漿液滲透范圍有一定的交叉，可取"
倍擴(kuò)散半徑的&(#倍。注漿孔排距一般在"$左右。軟巖巷道注漿重點(diǎn)應(yīng)考慮幫、角。