煤巷錨網(wǎng)支護(hù)培訓(xùn)(一)

1、 1 1 煤巷錨桿支護(hù)發(fā)展與現(xiàn)狀煤巷錨桿支護(hù)發(fā)展與現(xiàn)狀 1.1 1995年起步 （1）錨桿支護(hù)比重 我國15.15% 美國、澳大利亞接近100%，英國80% （2）棚式支架 承載能力低，被動支護(hù) 很多煤巷不適用，巷道嚴(yán)重變形、支架損壞嚴(yán)重 拱型可縮性支架破壞 木支架嚴(yán)重?fù)p壞 支架破壞實(shí)況 巷道變形和支架損壞情況 （3）普通錨桿支護(hù) r由Q235圓鋼制造，承載能力40 70 kN/根，水 泥藥卷端錨 r理論、設(shè)計(jì)、監(jiān)測不完善 r用于、類及部分類煤巷 （4）棚式支架支護(hù)嚴(yán)重后果 r 事故多：冒頂、瓦斯超限、漏風(fēng) r 噸煤成本高 r 煤巷難維護(hù) r 難以實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效 巷道變形、損壞、不通暢，回采

2、工作面推進(jìn)慢 1.2 2007年達(dá)到的成效 （1）錨桿支護(hù)比重 約10% （2）巷道面貌根本改觀 新型錨桿支護(hù)巷道 （3）擴(kuò)大使用范圍 、類全面推廣，、類試驗(yàn)成功 表1 國內(nèi)外使用情況對比 （4）原因：理論、設(shè)計(jì)方法、工藝技術(shù)取得了突破 序名 稱國 內(nèi)國 外 1 2 3 沿空掘巷（煤柱尺寸） 全煤巷道（頂煤） 軟弱、破碎煤巷（煤體強(qiáng)度） 3 4 m 打錨桿 1.5 2.0 MPa 采深的1/10以上 無 煤體強(qiáng)度較高 1.3 1.3 發(fā)展方向發(fā)展方向 l加快巷道掘進(jìn)速度 l減少巷道支護(hù)成本 l提高錨桿支護(hù)的可靠性 l方向：高性能的錨桿支護(hù)技術(shù) 2.1 懸吊理論懸吊理論 l錨桿長度和受力可確定

3、l跨度較大和軟弱破碎巖層無法懸吊 2 錨桿支護(hù)機(jī)理 2.2 組合梁理論組合梁理論 l實(shí)質(zhì)：通過錨桿將幾個(gè)薄巖層鎖在一起 l據(jù)材料力學(xué)計(jì)算， 解釋了層狀巖體錨桿支護(hù) l組合梁的承載能力很難確定，巖層破碎形不成梁 2.3 壓縮拱理論壓縮拱理論 l理論認(rèn)為：安裝錨桿后可形成一個(gè)承壓拱 l承壓拱厚度和強(qiáng)度？ 2.4 最大水平應(yīng)力理論最大水平應(yīng)力理論 巷道受地應(yīng)力影響 錨桿的作用是約束圍巖的徑向膨脹和橫向剪切 2.5 2.5 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 實(shí)質(zhì)是錨桿與圍巖相互作用，組成錨固體 錨桿可改善錨固體力學(xué)參數(shù)，提高錨固體的強(qiáng)度， 使巖體強(qiáng)度，特別是峰后強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度得到強(qiáng)化 形成共同承載結(jié)構(gòu)

4、，充分發(fā)揮圍巖自承能力 錨固體C、C*、* 隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度t的增加 而提高 錨桿支護(hù)強(qiáng)度錨桿支護(hù)強(qiáng)度 t / MPa 00.060.080.110.140.170.22 等效內(nèi)聚力等效內(nèi)聚力 C / MPa 0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.386 9 等效內(nèi)摩擦角等效內(nèi)摩擦角 / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4 錨桿支護(hù)強(qiáng)度錨桿支護(hù)強(qiáng)度 t / MPa 00.060.080.110.140.170.22 等效內(nèi)聚力等效內(nèi)聚力 C* / MPa 0.01680.01820.01830.01840.01860.0194

5、0.021 等效內(nèi)摩擦角等效內(nèi)摩擦角 */ 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4 圖4 錨固體應(yīng)力應(yīng)變曲線圖 注：曲線上數(shù)字為錨桿支護(hù)強(qiáng)度t（MPa） 錨固體強(qiáng)度的強(qiáng)化 錨固體強(qiáng)度隨錨桿支護(hù) 強(qiáng)度t 的提高而得到 強(qiáng)化，達(dá)到一定程度就 可保持圍巖穩(wěn)定。 3 煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì) 3.1錨桿、錨索綜合支護(hù)系統(tǒng) (1) (1) 錨桿的種類錨桿的種類 (2) (2) 錨桿支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)錨桿支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù) 錨桿合理的初錨力：由鉆機(jī)性能、風(fēng)壓、施工 質(zhì)量決定。 錨桿足夠的支護(hù)強(qiáng)度：由錨桿材質(zhì)、性能、直 徑、加工質(zhì)量及支護(hù)密度決定。 及時(shí)錨固 錨桿初錨力與支護(hù)強(qiáng)度 提高初錨力與支

6、護(hù)強(qiáng)度，控制錨固區(qū)內(nèi)圍巖變形，防提高初錨力與支護(hù)強(qiáng)度，控制錨固區(qū)內(nèi)圍巖變形，防 止冒頂。止冒頂。 綜放沿空掘巷錨桿初錨力與支護(hù)強(qiáng)度 礦名礦名初錨力（初錨力（kN）支護(hù)強(qiáng)度（支護(hù)強(qiáng)度（MPa） 興隆莊煤礦興隆莊煤礦20300.20.3 王莊煤礦王莊煤礦15250.150.25 高預(yù)拉力錨桿支護(hù)高預(yù)拉力錨桿支護(hù) r成套使用 r部件強(qiáng)度相匹配 r螺紋段采用低強(qiáng)度損失、無強(qiáng) 度損失或增強(qiáng)加工 r容易實(shí)現(xiàn)高初錨力 r滿足鉆機(jī)連續(xù)一體化安裝 r金屬網(wǎng)、鋼帶及鋼筋梯配套 表表1 采動應(yīng)力影響集中系數(shù)采動應(yīng)力影響集中系數(shù) (a) 破壞區(qū)破壞區(qū) (b) 位移位移 圖圖1 未受采動自重應(yīng)力作用圍巖變形與破壞未受采

7、動自重應(yīng)力作用圍巖變形與破壞 (a) 破壞區(qū)破壞區(qū) (b) 位移位移 圖圖2 構(gòu)造應(yīng)力作用圍巖變形與破壞構(gòu)造應(yīng)力作用圍巖變形與破壞 (a) 破壞區(qū)破壞區(qū) (b) 位移位移 圖圖3 受采動作用圍巖變形與破壞受采動作用圍巖變形與破壞 圖圖4 受采動作用圍巖變形與破壞受采動作用圍巖變形與破壞 圖圖5 不同圍巖結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)不同圍巖結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn) 圖圖6 不同圍巖結(jié)構(gòu)巷道收縮率不同圍巖結(jié)構(gòu)巷道收縮率 圖圖7 不同圍巖結(jié)構(gòu)巷道收縮率不同圍巖結(jié)構(gòu)巷道收縮率 圖圖9 不加錨巷道塌落過程不加錨巷道塌落過程 圖圖10 不同加錨時(shí)刻節(jié)理巷道圍巖穩(wěn)定性不同加錨時(shí)刻節(jié)理巷道圍巖穩(wěn)定性 開挖后立 即打錨桿 開挖后下部 開始

8、離層時(shí) 打錨桿 開挖后下 部開始離 層時(shí)打錨 桿 開挖后下部開 始冒落時(shí)打錨 桿 足夠的錨桿支護(hù)強(qiáng)度和初錨力，適當(dāng)加大錨桿長度，及時(shí)錨固，特別 應(yīng)加強(qiáng)幫、角的控制。 支護(hù)強(qiáng)度： （1）改善材質(zhì)。發(fā)展合格的高強(qiáng)、超高強(qiáng)錨桿 中國礦業(yè)大學(xué)研制的TRIP硅錳系列鋼，其s1000 MPa； b1400 MPa； s1517 %。 （2）加大錨桿直徑 初錨力：在現(xiàn)有風(fēng)動條件下，改善結(jié)構(gòu)，完善施工工藝，實(shí)現(xiàn)1520 kN 錨桿長度：加長后控制大塑性區(qū)和破碎區(qū)，可考慮發(fā)展可伸長的柔性錨桿 及時(shí)錨固：除注意頂板外，還應(yīng)注意兩幫 r防止巷道頂板的漏冒和兩幫煤體的片幫 r通過托板將其所承擔(dān)的載荷有效地傳遞到錨桿上

9、，并 能協(xié)調(diào)錨桿的受力，發(fā)揮錨桿的整體支護(hù)作用 r有效的提高錨桿錨固范圍內(nèi)圍巖的連續(xù)性，這對提高 錨桿支護(hù)體系的整體支護(hù)強(qiáng)度是十分有益的。 配套的金屬網(wǎng)、鋼帶及鋼筋梯 W型鋼帶的特點(diǎn)型鋼帶的特點(diǎn) M型鋼帶的特點(diǎn)型鋼帶的特點(diǎn) 不對稱抗彎性能，容易與圍巖密貼 剛度大，強(qiáng)度高，不容易撕裂 斷面利用率高、節(jié)省鋼材、價(jià)格低廉 型鋼帶在井下的使用 鋼筋梯子梁鋼筋梯子梁 4.1 4.1 小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索 孔徑：國外大（50-55mm），我們使用28mm 鉆機(jī)：國外為錨索鉆機(jī) ，我們用錨桿鉆機(jī) 錨固方式和承載時(shí)間：國外用水泥漿，24小時(shí)后 承載。我們用樹脂錨固，5-10分鐘承載 專用設(shè)備施加預(yù)

10、拉力，預(yù)緊力大小隨意可調(diào) 國內(nèi)外錨索的差別 錨索材料及性能 單根錨索作用原理 雙根錨索作用原理 錨索存在的缺陷錨索存在的缺陷 和20mm的20MnSi螺紋鋼錨桿強(qiáng)度區(qū)別不明顯； 錨索常出現(xiàn)破斷、抽冒現(xiàn)象 錨索和錨桿承載不同步，易超前錨桿集中受力 外端頭受力不良，與圍巖點(diǎn)接觸，頂板強(qiáng)化效 果不明顯 內(nèi)錨固端的三徑匹配不合理，錨固性能不可靠 錨索難以從根本上控制頂板的離層 和國外（美、澳、英）錨桿支護(hù)技術(shù)相比和國外（美、澳、英）錨桿支護(hù)技術(shù)相比 比較項(xiàng)目中國美、澳、英 錨桿材料強(qiáng)度（MPa） 235（Q235） 340（20MnSi） 450600 錨桿直徑（mm）18222224 錨桿間排距（m

11、）0.70.91.01.2 錨桿長度（m）1.82.42.22.6 錨桿初錨力（kN）10204050 錨索直徑（mm）15.2423.4或鳥籠式 錨索軸向拉力（kN）200240550600 錨索延伸率（）3.517 4.2 錨桿支護(hù)工藝錨桿支護(hù)工藝 掘進(jìn)、臨時(shí)支護(hù)、出矸掘進(jìn)、臨時(shí)支護(hù)、出矸 & 掘進(jìn)落煤 & 對巷道進(jìn)行簡單清理，然后鋪金屬網(wǎng)（簡單連 接）、掛上鋼筋梯子梁，利用具有一定初撐力 的鋼梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù) & 出矸 頂板錨桿施工工藝頂板錨桿施工工藝 （1）打頂板錨桿孔 采用單體錨桿鉆機(jī)按設(shè)計(jì)鉆孔孔位由巷道 中間向兩邊打錨桿眼。采用B19六方鉆桿、 27mm鉆頭打眼。 （2）送樹脂藥卷

12、之前：當(dāng)出現(xiàn)因掘進(jìn)或打孔造成的錨桿孔附近巖面不平 整的現(xiàn)象時(shí)，必需刷平巖面，保證錨桿托板緊貼巖 面。防止因此而導(dǎo)致的錨桿失效問題的發(fā)生。 同時(shí)：組裝錨桿、準(zhǔn)備攪拌工具 （3）攪拌藥卷 用組裝好攪拌工具、錨桿螺母的錨桿慢慢將樹 脂藥卷推入孔底。然后開動鉆機(jī)邊攪拌邊推進(jìn)， 攪拌20s后停機(jī)。 （4）緊固錨桿 30s后再次啟動鉆機(jī)，將錨桿螺母上緊，托盤壓 緊頂部巖面，使錨桿具有較大的預(yù)緊力。 兩幫錨桿施工工藝兩幫錨桿施工工藝 （1）打幫錨桿孔 （2） 送樹脂藥卷 （3） 攪拌樹脂 （4）上緊螺母 緊固螺母緊固螺母 在巷道整個(gè)斷面的錨 桿均安裝完畢后，利用風(fēng) 動扳手再次上緊螺母，保 證每根錨桿均具有2

13、0kN 左右的預(yù)緊力。 重新連網(wǎng)重新連網(wǎng) 用鐵鉤將金屬網(wǎng)重 新連緊 要求：200mm一扣 不能出現(xiàn)：網(wǎng)兜和松扣 現(xiàn)象 4.3 錨桿支護(hù)的施工要點(diǎn)錨桿支護(hù)的施工要點(diǎn) 嚴(yán)格控制錨桿鉆孔深度，誤差不超過30mm。 要求在打孔過程中不準(zhǔn)移動鉆機(jī)，保證鉆孔平、 直，不出現(xiàn)臺階。鉆孔用水清干凈，確保樹脂 藥卷充分發(fā)揮其作用，使錨桿具有足夠的初錨 力。 錨桿鉆孔應(yīng)垂直于巷道巖面，不允許出現(xiàn)鉆孔向巷 道軸向傾斜的問題。 當(dāng)出現(xiàn)因掘進(jìn)或打孔造成的錨桿孔附近巖面不平整 現(xiàn)象時(shí)，必需刷平巖面，保證錨桿托板緊貼巖面。 防止因此而導(dǎo)致的錨桿失效問題的發(fā)生。 錨桿外露長度大于20mm、小于70mm。 錨桿間排距誤差不超過

14、50mm。 錨桿安裝后的預(yù)緊力在1020kN之間。 金屬網(wǎng)搭接長度為100mm，必需連緊。連網(wǎng)間距 為200mm。不能出現(xiàn)網(wǎng)兜和松扣現(xiàn)象。 巷道超高300mm，補(bǔ)打一根幫錨桿；巷道超寬 300mm，頂板補(bǔ)打一根頂錨桿。 當(dāng)巷道頂部出現(xiàn)局部冒落，或幫部出現(xiàn)片幫時(shí)，必需 補(bǔ)打單根錨桿。 當(dāng)巷道頂部因圍巖性質(zhì)差而出現(xiàn)較大范圍的圍巖冒落 時(shí)，錨桿應(yīng)按冒落線輪廓施工。 當(dāng)遇到地質(zhì)破壞帶時(shí)，應(yīng)加密錨桿，嚴(yán)重時(shí)考慮“錨 桿支架”的支護(hù)方式。 巷道頂部錨桿的控頂距離不超過2排錨桿。情況允許 時(shí)，幫錨桿施工可滯后頂錨桿1排。 4.4 4.4 監(jiān)測的意義監(jiān)測的意義 地應(yīng)力測試 根據(jù)反饋信息修改、完善設(shè) 計(jì) 現(xiàn)場施

15、工及監(jiān)測 計(jì)算機(jī)初始設(shè)計(jì)地質(zhì)力學(xué)評估 提高了安全程度，改善了作業(yè)環(huán)境，大幅度減少 了冒頂、瓦斯、火災(zāi)事故； 顯著減輕了工人的勞動強(qiáng)度； 大量減少了坑木消耗，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)； 減少了煤炭資源的丟失，延長了礦井壽命。 4.4 社會效益 序單位名稱 3年錨桿支護(hù) 數(shù)量（m） 3年增收節(jié)支 總額（萬元） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 河北省邢臺礦業(yè)集團(tuán)公司 河北省開灤礦務(wù)局 河北省峰峰礦務(wù)局 河北省邯鄲礦務(wù)局 河北省煤炭四處 山東省兗州礦業(yè)集團(tuán)公司 山東省新汶礦業(yè)集團(tuán)公司 山東省淄博礦務(wù)局 山西省大同礦務(wù)局 河南平頂山礦業(yè)集團(tuán)公司 安徽省淮北礦業(yè)集團(tuán)公司

16、 江蘇省徐州礦務(wù)集團(tuán)公司 重慶市永榮礦務(wù)局 四川省芙蓉礦務(wù)局 貴州省盤江煤電集團(tuán)公司 85762 54676 35099 27386 3500 55100 280764 13000 258580 165300 46000 30929 18750 18320 17600 25615.00 3643.92 1549.81 1258.81 1955.00 2755.00 3680.57 910.00 12308.41 7342.54 540.00 2009.00 836.87 1540.35 1150.00 6.3 推廣應(yīng)用情況 表6 1998年 2000年經(jīng)濟(jì)效益匯總表 序單位名稱 3年錨桿支護(hù)數(shù) 量（m） 3年增收節(jié) 支總額（萬 元） 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 河北省中達(dá)集團(tuán)西龐煤礦 山西省晉城礦務(wù)局鳳凰山礦 遼寧省阜新礦務(wù)局八道壕礦 江蘇省連云港市白集煤礦 江西省豐城礦務(wù)局建新煤礦 河南省焦作金科爾集團(tuán) 安徽淮南礦業(yè)（集團(tuán)）公司 山東省棗莊集團(tuán)蔣莊煤礦 山東省新汶集團(tuán)翟鎮(zhèn)