可缩性长锚索支护在大变形巷道中的使用

可缩性长锚索支护在大变形巷道中的使用

郝忠太

(凤凰山矿原煤生产井,山西晋城　048007)

　　摘　要:论文在论述矿山大变形巷道和顶底板变形严重的复杂岩性的基础上,对大变形巷

道以往沿用的几种锚固支护方式的局限性和存在的问题作了分析,论文推荐了一种可以适用大变形巷道的可缩式长锚索加固方案,介绍了它的设计构思和工作原理,包括推荐采用矿山废旧钢丝绳制作的可塑性锚具。

　　关键词:巷道围岩;大变形;可缩式;锚索;支护　　中图分类号:TD353　　文献标识码:B　　文章编号:1671-0959(2004)05200322021　问题的提出

风凰山矿进入衰老期后,三号煤资源日益枯竭,大的工作面都已经回采结束,剩余的都为孤岛工作面,四周的工作面都已采完,巷道应力相对集中,压力大,在掘进过程中,经常发生周边岩石大量向巷道内挤出,顶板、底板、两帮变形严重,这种现象在力学上称之为“大变形”。对这类巷道的支护和锚固如仍沿用一般的架棚和锚喷支护,均因抗力不足而失败。若换用可缩性u型钢拱梁支撑,不仅耗费大量资金,而且由于钢度不足被压弯,或因压曲而失稳。因此,谋求新的支护方式是风凰山矿现在面临的急待解决的问题。

上述巷道所处岩性的属性,往往可以归纳为:高地应力,顶底板岩性松散,破碎,节理,裂隙等结构面极度发育。

从现场我们可以观察到:①围岩塑性、流变明显,膨胀挤压变形量大;②矿压大而来压快,巷道周围围岩变形增长速度快,流变持续时间长;③围岩沿巷道周围的径向向内空收敛变位量大,巷道顶压、底鼓和两帮侧向挤入严重,断面尺寸随时间锐减,预留超挖量经常不够,继续掘进和支护作业均异常困难。

从我矿近年来进行过的实地调查与量测的不完全统计,所得的顶板压力大、两帮侧压大、底板压力大的围岩的有关具体数字看,在无支护约束的情况下,巷道周围围岩向巷道内收敛变形往往达到:

拱顶下沿的底鼓δ>100mm,有的竟达到500mm以上;

δ>200mm,有的竟达到两帮侧壁的相对挤入Δ

800mm以上;

表明:这类岩体地层的深部,变形及其变形速度往往比巷道周围岩面小得多。因而,一般锚杆长度(L=1158～2m)明显不足,其适应围岩变形的能力很小,经常导致失败。

2　对大变形巷道锚固方式国内外的若干实践和

认识

　　众所周知,对毛巷道围岩施以合适锚杆支护,可以很大程度地约束围岩自由变形发展,使巷道内岩面向巷道内的位移和位移速度均大幅度减少,其成效极其显著。

211　对巷道围岩进行锚固的基本要求

1)尽量保持并利用施锚区岩体固有强度。

2)通过锚固有效地约束巷道围岩的自由变形。由于塑

性变形受抑制,从而改善了岩性(主要是提高了岩体的抗剪强度和抗拉强度)。如若施加预紧力,岩体强度可有更进一步的提高。

3)施锚区可形成围岩承载圈(支承力),上复岩层的巨

大压力将由粗厚的围岩承载圈来承受。此时须沿洞壁加网片,使用“网兜”的作用,可进一步发挥围岩承载圈的抗力。

4)用废旧钢丝绳制作的长锚索,将巷道围岩松动区的

坍塌荷载上传并锚固到弹性原岩的深部起悬吊作用。

5)先期释放围岩一定数量的自由变形之后,施加锚固

力,达到“边支边让”,这里“支”是指用一定的锚固力来控制相约束毛洞自由变形发展,“让”是指由于锚固而约束变形的能力,使变形限制在一定尺度之内,一般都应小于围岩变形的释放力,起“卸压”作用。众所周知,对于十分巨大的围岩变形释放力,欲试图完全支撑抵住它,既不可能也不合理,但若无约束地自由放压,则又必导致围岩坍塌,这就是“边支边让”的构思,也就是当今国内外普遍采用柔性支护的基本观念。

收敛变形速率δ>3～8mm/d,或更快,且收敛慢,流变将持续015～115年或更长时间。

可以指出,从由埋设在围岩内的多点位移的量测结果

212　国内外曾用过的几种锚固方式

　　收稿日期:2004-04-06

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　2004年第5期　　　　　　　　　　煤　炭　工　程　　　　　　　　　　　施工技术　

　　为达到上述要求,国内外过去曾试用过以下几种锚固支护方式。

1)逐次施作复喷或复锚型的复合式锚喷支护,在前次

以加强网筋的网兜作用,并进一步促使锚区承载拱圈的形成。在大变形条件下,岩面喷射混凝土一般早已裂顶,不能起很大作用。

6)柔性锚索能够适应剧烈弯曲约90°,并具有较大的

锚喷未失效之前再施作第二次锚喷,以此类推,最多可反复施作3次左右,但收效并不理想。

2)可拉伸锚杆已有数十种,但按其特点分,不外有两

自由伸量,因而在遇到岩体大节理或断裂时能够适应并承受很大的岩体弱面剪切变形位移作用。

7)当预留的自由变形长度耗尽以后,锚头处套筒下端

类:一类是材质可拉伸锚杆(增阻式);一类是结构可拉伸锚杆(恒阻式)。前者,主要靠改善锚杆的材质,使之在受到一定的外载之后利用部分塑形变形,达到伸长量的需要。其缺点是如果塑性变形量过大,则有可能导致安全度降低。因此,应尽可能约束塑性变形量,后者,则是设计一种杆体结构使其在受力过程中提供一定的工作阻力,并同时提供必须的伸长量,以适应大变形发展。后种锚杆种类很多,有机械结构滑动式、杆体波浪式、孔口结构式、杆体套筒式、挤压式等类型。但不管形式如何,结构可拉伸锚杆多以结构滑动提供伸长量,以磨擦提供工作阻力为主,其缺点是结构复杂,费用较高,现场应用尚有一定困难。

的螺帽全自动锁紧,进而再产生一定强度的拉伸抗力和塑性伸长量,以适应围岩后续的可能再有的少量收敛,其锚索拉力相位移特征曲线如图1所示。

3　适用于大变形巷道的新型长锚索锚固方式的设

计构思及其构造原理

　　这是一种经过估算有一定自由变形位移预留量,用两点锚固,由矿山废旧钢丝绳为基料组成可弯折性好的长锚索,它的设计构思要点是:

1)可以适应于大变形顶底压力大的巷道围岩洞体更大

1—弹性伸长;2—自由变形长度;3—锚索端位移;4—塑性伸长

图1　锚索抗力———位移、特征曲线圈

8)利用可缩性长锚索进行支护,不但能增强长锚索的

抗拉能力,而且能增加长锚索的抗剪能力,从而增强了大变形巷道的支护能力。

的内空收敛,其中lnp值可达到40～60mm。

2)巷道开挖后的围岩释放荷载通过长锚索上传到变形

稳定的厚岩弹性区承受。

3)在锚索约束围岩自由变形条件下洞壁变形量受抑制

4　关于大变形巷道可缩性长锚索支护实际问题的

几点说明

　　1)打眼采用锚索钻机,我矿现在在一水平2317巷道和二水平92301切眼都已用过。

2)可缩性长锚索支护要采用两点锚固,两点受力,内

而减少,围岩应力和变形释放的速度亦减缓,可以有效地控制应力和变形释放,从而在相当程度上避免重大塌方、岩爆和冲击地压等地动力现象。

4)锚索下端由垫板加磨擦套筒构成锚头,它是提供适

锚采用注浆,孔内要保证注浆密实,外锚端为两片对开的内锚片。

3)可缩性长锚索采用矿山废旧的钢丝加工而成,其经

度的磨擦滑动,使与之巷道岩面经变形约束后的位移和协调,岩面周围不致因挤压而破坏。

5)为防落石须使岩面屏蔽,可用钢丝绳绑扎在锚头上,

济比较合理。(责任编辑　郑燕凌)

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云南曲靖投资30亿建设煤电

日前,从煤炭部门获悉,今年曲靖市计划投资30多亿元重点发展煤电项目,同时力争生产原煤2500万t,推动煤炭及电力产业发展。

曲靖市是云南煤炭资源最丰富的地区,现已探明的储量达856亿多吨,远景储量达270多亿吨。目前滇东电厂供煤配套煤矿———白龙山煤矿总投资32亿元,项目建议书已上报国家发改委待批。去年曲靖市生产原煤1990万t,今年计划力争生产2500万t,明年预计达到3000万t。

(本刊通讯员)

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