讓壓錨桿支護(hù)試驗(yàn)小結(jié).ppt

1、歡迎各位專家參加支護(hù)工藝改革交流會,阜 新 礦 業(yè) 集 團(tuán) 有 限 責(zé) 任 公 司 捷馬（濟(jì)寧）礦山支護(hù)設(shè)備制造有限公司,清河門煤礦讓壓錨桿支護(hù)試驗(yàn)小結(jié),一、概況 二、捷馬公司概況 三、讓壓錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)基本理論 四、清河門煤礦343材料道讓壓錨桿支護(hù)試驗(yàn)小結(jié),目錄,一、概況,清河門煤礦343區(qū)北翼集中材料道沿下層煤的頂板掘進(jìn)，距離上層放頂煤采空區(qū)平均11m，為復(fù)合頂板。巷道開始為矩形，后改為拱形，試驗(yàn)后又采用矩形。巷道開始段采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距為800800mm，因巷道壓力比較大、變形比較嚴(yán)重，巷道掘進(jìn)后很快就需挑頂和臥底翻修處理；,后來為改善此被動局面，在巷道的頂板采用全錨索支

2、護(hù)，即用短錨索代替頂板錨桿配合長錨索支護(hù)，錨索間排距為800800mm，取得了一定效果，但仍無法滿足生產(chǎn)需要，巷道掘進(jìn)后仍出現(xiàn)大量網(wǎng)兜、頂板下沉嚴(yán)重現(xiàn)象。之后，阜新礦業(yè)集團(tuán)公司、清河門煤礦與捷馬公司合作計(jì)劃對其進(jìn)行讓壓錨桿支護(hù)試驗(yàn)。,二、捷馬公司概況,捷馬（濟(jì)寧）礦山支護(hù)設(shè)備制造有限公司是美國捷馬公司在中國設(shè)立的一個分公司，公司主要以生產(chǎn)支護(hù)材料為主。公司從05年投產(chǎn)以來，先后在新汶礦務(wù)局、肥城礦務(wù)局、潞安礦務(wù)局、平煤集團(tuán)、北京魯能、兗礦集團(tuán)、棗莊礦務(wù)局、臨沂礦務(wù)局、開灤礦務(wù)局、華亭煤業(yè)集團(tuán)等所屬的五十個左右的生產(chǎn)礦井進(jìn)行了錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用與推廣，重點(diǎn)解決了深井高應(yīng)力區(qū)井底車場及主要開拓巷道

3、的支護(hù)問題、厚煤層孤島放頂煤開采工作面順槽支護(hù)問題及近距離煤層采空區(qū)下巷道支護(hù)等問題。,捷馬公司的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)理念是安全、經(jīng)濟(jì)、快速。捷馬公司的工作思路是依據(jù)各個礦井所需設(shè)計(jì)的巷道地質(zhì)采礦條件，通過數(shù)值計(jì)算，結(jié)合巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提供巷道支護(hù)的基本參數(shù)。然后采用先進(jìn)的礦壓觀測儀器對實(shí)驗(yàn)巷道進(jìn)行動態(tài)觀測，進(jìn)一步優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)的安全、經(jīng)濟(jì)、快速掘進(jìn)目標(biāo)。,三、讓壓錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)基本理論,（一）讓壓錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原則 （1）錨桿的安裝應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力）：錨桿的安裝應(yīng)力是控制圍巖早期變形的重要參數(shù)。安裝應(yīng)力過小會使圍巖發(fā)生過大的早期變形，松散破碎圈增大，引起頂板破碎，錨桿受力增加，無法實(shí)現(xiàn)錨桿的主

4、動支護(hù)目標(biāo)。 （2）支護(hù)強(qiáng)度：在大采深，高地應(yīng)力的條件下，支護(hù)強(qiáng)度必須提高。這就要求單根錨桿的強(qiáng)度加大，使其與高地應(yīng)力相適應(yīng)。,（3）錨桿控制變形讓壓和均壓性能：為了盡量保證每根錨桿都均勻受力，防止錨桿承受過度載荷而破斷，錨桿必須有控制變形讓壓和均壓性能。然而，這種變形讓壓必須有“控制”的讓壓，讓壓性能對頂板支護(hù)效果影響很大。合理的讓壓性能應(yīng)該做到錨桿在一定噸位上穩(wěn)定讓壓以保證每根錨桿受力均勻和減少或防止錨桿破斷。 （4）輔助支護(hù)：合理有效的輔助支護(hù)可以與錨桿支護(hù)系統(tǒng)形成一個整體，保障巷道支護(hù)的長期有效性和穩(wěn)定性，適應(yīng)地質(zhì)和采礦條件的變化，其包括金屬網(wǎng)、W鋼帶、錨索等。,（二）讓壓錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

5、的基本依據(jù)：,作錨桿設(shè)計(jì)首先應(yīng)確定圍巖應(yīng)力和圍巖變形關(guān)系與支護(hù)系統(tǒng)的合理工況點(diǎn)： 巷道開挖后圍巖將發(fā)生變形甚至破壞。圍巖的變形大小和破壞程度存在著一定的關(guān)系，巷道支護(hù)的目的是為了在保證圍巖不破壞的條件下控制部分的圍巖變形而允許有一定的變形產(chǎn)生，這樣才能經(jīng)濟(jì)有效地設(shè)計(jì)支護(hù)系統(tǒng)和支護(hù)巷道圍巖。因此，為了設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)系統(tǒng)，必須對圍巖應(yīng)力和變形特性曲線進(jìn)行研究。,圖1圍巖應(yīng)力-變形特性曲線,A區(qū)（圍巖彈性變形區(qū)）：在此區(qū)域內(nèi)，圍巖基本處于彈性變形階段，圍巖保持完好，圍巖變形小，在此區(qū)域內(nèi)增加支護(hù)強(qiáng)度不能明顯改善圍巖變形。為了經(jīng)濟(jì)合理地進(jìn)行巷道支護(hù)，支護(hù)體的工況點(diǎn)應(yīng)設(shè)在低位（100t/m），相應(yīng)的錨桿支

6、護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該具有最小讓壓距離40mm。 B區(qū)（圍巖彈塑性區(qū)）：在此區(qū)域內(nèi)，圍巖基本處于彈塑性變形階段，圍巖基本保持穩(wěn)定，彈塑性變形區(qū)沒有超過錨桿的支護(hù)范圍，錨桿系統(tǒng)仍然起到支護(hù)作用。在此區(qū)域內(nèi)，支護(hù)強(qiáng)度的微變將引起變形的劇烈增加。,C區(qū)（圍巖破壞區(qū)）：在此區(qū)域內(nèi)，圍巖破壞，支護(hù)系統(tǒng)承受破碎巖石的靜載荷。隨著破壞區(qū)域的增加，載荷增加。對錨桿支護(hù)，如果錨桿系統(tǒng)的支護(hù)范圍小于破壞范圍，則錨桿系統(tǒng)受力將急劇降低甚至變?yōu)?，徹底失去其支護(hù)作用，錨桿支護(hù)系統(tǒng)和圍巖一起移動。,根據(jù)圍巖應(yīng)力和變形特性曲線研究, 支護(hù)系統(tǒng)的工況點(diǎn)確定如下: 最小支護(hù)強(qiáng)度：100t/m 巷道圍巖位移：40mm 錨桿系統(tǒng)的最小允許變

7、形：40mm。 確定了工況點(diǎn)就可以根據(jù)強(qiáng)度要求選擇錨桿桿體強(qiáng)度、材質(zhì)、間排距等基本參數(shù)。,現(xiàn)簡單分析普通錨桿支護(hù)系統(tǒng)的特性曲線及存在的問題： 一個成功的錨桿支護(hù)系統(tǒng)不僅僅要求支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到要求，還要根據(jù)圍巖應(yīng)力和變形特性曲線設(shè)計(jì)錨桿的特性曲線以適應(yīng)圍巖應(yīng)力和變形的需要。 首先回顧一下已經(jīng)用過的三代錨桿的特性曲線及存在的問題：,第一、二 代錨桿（普強(qiáng)全螺紋鋼錨桿和普強(qiáng)滾絲錨桿）：,這兩類錨桿除了預(yù)應(yīng)力上稍有差別外，特性曲線基本相同。這種類型的錨桿在淺部地區(qū)效果較好，基本上解決了用錨網(wǎng)支護(hù)代替棚子支護(hù)的問題。在深部和地壓大的礦井，其支護(hù)效果不理想，巷道變形量大，翻修量大，其錨桿支護(hù)特性曲線如圖2?？?/p>

8、以看出，第一代錨桿的設(shè)計(jì)支護(hù)強(qiáng)度過低（安裝應(yīng)力幾乎沒有），在應(yīng)力較大的條件下根本達(dá)不到工況點(diǎn)的要求，導(dǎo)致松散破碎區(qū)變大，最終超過錨固區(qū)，此時錨桿系統(tǒng)失效和圍巖一起移動。現(xiàn)場所表現(xiàn)就是錨桿不破斷但圍巖位移大甚至冒頂。,第三代錨桿（超高強(qiáng)錨桿）：,第三代錨桿（超高強(qiáng)錨桿）：超高強(qiáng)錨桿是利用Q500、Q600鋼材制造的錨桿，其特點(diǎn)是強(qiáng)度大，但加工性能不好。成品錨桿在破壞時大多在絲部脆斷，延伸率極小，無塑性變形階段。盡管其強(qiáng)度高，但由于其與圍巖變形不適應(yīng)，錨桿破斷率極高，其特性曲線如圖3。,圖3中錨桿支護(hù)系統(tǒng)特性曲線的實(shí)線部分是錨桿在絲部斷裂時的特性曲線， 實(shí)線虛線是錨桿在桿體破斷時的特性曲線?？梢钥?/p>

9、出，錨桿在絲部斷裂時的允許變形和圍巖變形相差甚大，盡管錨桿有較高的強(qiáng)度，但在大圍巖變形條件下必然斷裂。錨桿在桿體斷裂時，盡管錨桿的整體變形達(dá)到圍巖變形的要求，然而錨桿在處于塑性變形狀態(tài)下工作。由于巷道支護(hù)安全的需要，在設(shè)計(jì)錨桿時應(yīng)盡量設(shè)計(jì)錨桿的工況點(diǎn)在彈性范圍內(nèi)，否則變形安全距離太小，微小的擾動和圍巖變形變化也會導(dǎo)致錨桿破斷。,合理錨桿支護(hù)系統(tǒng)的特性曲線設(shè)計(jì)第四代錨桿（讓壓錨桿）,合理錨桿支護(hù)系統(tǒng)的特性曲線設(shè)計(jì)第四代錨桿（讓壓錨桿） 錨桿特性曲線設(shè)計(jì)必須根據(jù)圍巖應(yīng)力變形的特性曲線的特點(diǎn)，根據(jù)圍巖應(yīng)力變形特性曲線，錨桿支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求： 最小支護(hù)強(qiáng)度：100t/m 巷道圍巖位移：40mm

10、錨桿系統(tǒng)的允許變形：40mm 錨桿工況點(diǎn)應(yīng)在彈性范圍內(nèi)。,由于讓壓機(jī)構(gòu)的作用，讓壓均壓錨桿和普通高強(qiáng)錨桿起到了下列作用： （1）保證了工況點(diǎn)在彈性范圍之內(nèi)； （2）錨桿強(qiáng)度安全系數(shù)比普通高強(qiáng)錨桿大； （3）錨桿變形讓壓安全系數(shù)比普通高強(qiáng)錨桿大得多。,（三）讓壓管設(shè)計(jì)的基本原則：,讓壓管的基本設(shè)計(jì)參數(shù)： （1）讓壓點(diǎn)：讓壓點(diǎn)既讓壓管設(shè)計(jì)的起始讓壓載荷； （2）讓壓載荷的穩(wěn)定性： 一旦讓壓管開始讓壓，載荷需基本保持穩(wěn)定，過大的載荷下降會導(dǎo)致頂板支護(hù)效果不佳；讓壓穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)可以用讓壓穩(wěn)定系數(shù)衡量。 （3）最大讓壓距離：讓壓管從穩(wěn)定讓壓開始到載荷開始增加的距離。其大小根據(jù)巷道變形地壓的具體情況定。

11、一個有效合理的讓壓管必須盡可能的發(fā)揮錨桿的支護(hù)效率，并在錨桿接近過載時象安全閥一樣起到讓壓保護(hù)錨桿桿體的作用。,（四）讓壓錨桿支護(hù)產(chǎn)品分析 （1）讓壓錨桿組裝系統(tǒng)如下圖所示：,錨桿桿體的加工要求： 一般情況下，由于滾圓和滾絲工藝破壞錨桿的局部強(qiáng)度，錨桿將在加工部位破斷，造成錨桿的不等強(qiáng)性。,（2）“鳥窩”錨索組裝系統(tǒng)如下圖所示：,（3）W鋼帶 W鋼帶可以把錨桿聯(lián)結(jié)成為一個整體，并具有很好的表面控制效果。,（五）讓壓錨桿支護(hù)系統(tǒng)井下施工工藝,1、錨桿、錨索施工工藝 錨桿安裝步驟和質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn) 錨桿安裝可以總結(jié)為：一推（推樹脂至鉆孔規(guī)定位置），二轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)攪拌樹脂），三等(等樹脂充分凝固)，四緊(緊固螺

12、母)。 在安裝過程中要嚴(yán)格按安裝步驟操作，避免出現(xiàn)“長尾錨桿”或打不開阻尼現(xiàn)象，否則會大大影響錨桿支護(hù)效果甚至失效。 （3）錨桿安裝質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn) 合格的錨桿安裝應(yīng)該滿足下列標(biāo)準(zhǔn)： 充填在螺母的樹脂阻尼必須全部脫落，否則錨桿無法達(dá)到安裝載荷。 塑料墊圈必須溶化掉。 錨桿外露長度3050mm。 用扭矩扳手檢驗(yàn)，扭矩不能低于設(shè)計(jì)值。,錨索安裝步驟 錨索安裝說明： 鉆孔深度大于錨索有效長度（從托盤到錨索前端的距離）3050mm。 鉆孔打好后，輕輕將錨固劑推入鉆孔，確保不使錨固劑外殼破裂。 用安裝好墊圈和托盤的錨索將錨固劑緩緩?fù)迫脬@孔，直至推不動為止。 將預(yù)先安裝在鉆機(jī)上錨索攪拌器與錨索尾部連接，快速攪

13、拌錨固劑，攪拌錨固劑的同時鉆機(jī)推力要最大。錨固劑攪拌時間為2025秒，攪拌錨固劑停止時要確保錨索托盤靠近巖面。 錨固劑攪拌完畢后2025分鐘（現(xiàn)場試驗(yàn)確定）后，用錨索漲拉器拉緊錨索，錨索安裝應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力）不小于8t。,2、施工機(jī)具 采用扭矩放大器可以放大扭矩3.5倍，提高錨桿的預(yù)應(yīng)力，解決現(xiàn)今國內(nèi)錨桿安裝機(jī)具扭矩低的難題。,四、清河門煤礦343材料道讓壓錨桿支護(hù)試驗(yàn)小結(jié),清河門煤礦在343區(qū)北翼集中材料道進(jìn)行讓壓錨桿支護(hù)試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)主要經(jīng)歷四個階段，第一個階段是受到斷層及變斷面變支護(hù)工藝的影響的試驗(yàn)開始段，第二個階段是正常試驗(yàn)的免壓區(qū)段，第三個階段是受上層煤煤柱影響的高應(yīng)力區(qū)段、第四個階段是不

14、受任何影響的實(shí)體煤掘進(jìn)段?，F(xiàn)場實(shí)踐證明，采用讓壓錨桿支護(hù)試驗(yàn)段基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，在此不詳述，現(xiàn)主要對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題分析如下：,（一）問題分析及支護(hù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 通過一段時間的觀測，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)讓壓錨桿支護(hù)主要存在如下幾個問題： （1）試驗(yàn)區(qū)的第一階段和第三階段，頂板下沉量大底鼓量大，頂板變破碎，出現(xiàn)整體下沉和部分網(wǎng)兜。 （2）在高應(yīng)力區(qū)域錨索出現(xiàn)破斷現(xiàn)象，特別是受到“煤炮”的影響時，錨索發(fā)生突然崩斷。 （3） 出現(xiàn)錨桿發(fā)生破斷和螺母脫落的現(xiàn)象。 （4）個別鋼帶發(fā)生“撕裂”現(xiàn)象。,問題分析及解決思路： 由于開始試驗(yàn)區(qū)超前掘進(jìn)應(yīng)力沒有趕過去，同時受到變斷面和斷層的影響，出現(xiàn)頂板下沉和壓力顯現(xiàn)明顯的

15、現(xiàn)象屬于正常現(xiàn)象，今后在此條件下可以從開始段適當(dāng)增加錨網(wǎng)支護(hù)的強(qiáng)度、盡量減少空頂時間方面來改善支護(hù)效果。對于第三階段出現(xiàn)頂板下沉量大，但部分錨桿的讓壓管未發(fā)生明顯變形的特點(diǎn)，今后類似條件時巷道掘進(jìn)時應(yīng)進(jìn)一步增加錨桿的預(yù)應(yīng)力，把預(yù)應(yīng)力提高到6噸以上，同時增加錨桿、錨索支護(hù)的強(qiáng)度，盡量減少迎頭空頂時間。,由于對特殊區(qū)域考慮不足，部分錨桿的讓壓距離偏小，出現(xiàn)了巷道掘進(jìn)后短時間內(nèi)讓壓管完全變形，錨桿受力繼續(xù)增加后出現(xiàn)斷錨桿的現(xiàn)象。解決思路是特殊段適當(dāng)增加錨桿的讓壓距離或增加桿體自身的強(qiáng)度。對于部分螺母出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，從兩個方面加以改進(jìn)，一是提高螺母的加工精度和強(qiáng)度；二是現(xiàn)場盡量把螺母上正，減少安裝對螺

16、母的破壞。 對于錨索破斷的問題分為兩種情況，第一種情況是正常地質(zhì)采礦條件下，由于特殊的原因出現(xiàn)個別錨索出現(xiàn)因受力過大而破斷的現(xiàn)象屬于正?，F(xiàn)象，建議采用原方案正常掘進(jìn)；第二種情況是地質(zhì)采礦條件發(fā)生了明顯變化，出現(xiàn)了高應(yīng)力區(qū)或“煤炮”頻繁區(qū)域，考慮到錨索延伸率較低的因素，錨索也增加讓壓機(jī)構(gòu)即采用讓壓錨索，以改善錨桿與錨索變形協(xié)調(diào)性問題，減少錨索破斷的幾率。,個別鋼帶出現(xiàn)“撕裂”現(xiàn)象，主要是因?yàn)槭┕r因頂板不完整，在鋼帶的下面出現(xiàn)“懸空”區(qū)，當(dāng)錨桿托盤受力增加時，錨桿托盤切割鋼帶造成的。此現(xiàn)象對巷道支護(hù)效果影響不大，建議施工錨桿時盡量減少鋼帶“懸空”的范圍，實(shí)在不行可適當(dāng)背頂，此方案可減少或解決鋼帶“撕裂”問題。,（二）經(jīng)驗(yàn)總結(jié) （1）對于像343區(qū)北翼集中材料道免壓區(qū)段的巷道，采用原設(shè)計(jì)中讓壓錨桿支護(hù)的參數(shù)可以基本解決巷道支護(hù)問題，特殊地點(diǎn)考慮增加錨桿的讓壓距離。 （2）對于像受上層煤煤柱影響的高應(yīng)力區(qū)段的巷道，必須考慮錨索的讓壓問題并確定合理的錨桿、錨索讓壓距