錨索退錨、破斷的原因分析及控制對策

邵林金

摘 要：本文以山腳樹礦22189工作面回風巷為例，分析了工作面回采期間錨索出現退錨、破斷等問題的原因，并結合工程實際，有針對性的提出了控制對策。

關鍵詞：錨索 退錨 破斷

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0139-01

1 工程概況及問題描述

1.1 工程概況

山腳樹礦22189工作面主采18#煤層，工作面標高1208～1267 m。18#與18#-1煤層平均厚度均在1.5 m，兩層有合并現象，合并時煤層平均厚度在3.3 m，本區域內夾矸在0.03～0.80 m。工作面區域內發育有F1、F3、F4、F5、F6、F9等6條斷層，落差分別為0～2.0 m、0～0.8 m、0～0.9 m、0.7～1.2 m、0～1.0 m、4.0～5.5 m，均為傾斜斷層。煤層頂板為灰色、粉砂質泥巖和砂巖以及夾菱鐵礦條帶，平均厚度3.8 m；底板為灰色粉砂巖和泥質粉砂巖，平均厚度為2.3 m。

為承受工作面回采的動壓影響，22189回風巷在掘進時期即采用高強度的錨桿、錨索支護方案。回采之前，巷道維護效果良好，僅有部分地段出現較大變形。

1.2 錨索退錨、破斷現象描述

雖然巷道掘進時期的支護強度較高，但在工作面回采期間，出現了大量錨索退錨、破斷等問題，給礦井的安全生產造成了一定的隱患。具體表現為以下幾點。

（1）錨索退錨。

現場調研發現，超前工作面20 m范圍內約60%～80%的錨索發生退錨。錨索退錨表現為一個漸進過程，鋼絞線與夾片之間逐漸發生滑移而退錨，并且退錨后的夾片內部螺紋被鋼絞線壓平滑，失去咬合作用。此外，退錨錨索極大部分為錨索梁上的錨索，單體錨索退錨極少，退錨后的鋼絞線縮回頂板中，表明頂板至少下沉了300～400 mm。

（2）錨索破斷。

巷道中存在部分錨索由于壓力過大而直接被拉斷的現象，其余破斷的錨索表現為剪斷，剪斷錨索大部分鋼絞線斷口與橫截面成45°夾角，斷口光滑，有2～3根鋼絞線斷口與橫截面水平，斷口凹凸不平，并且剪斷錨索基本上為錨索梁錨索。

2 可能的原因分析

2.1 構造因素導致應力集中

22189回風巷沿工作面走向受F2、F4、F5等3個斷層的影響，并且存在隱伏地質異常區，發生上述問題的錨索大多出現在構造帶下方，該部位處于拉應力區域，圍巖較破碎，導致工作面超前來壓顯現相對劇烈。

2.2 頂板強烈下沉導致錨索受力大

頂板強烈下沉有兩種情況：（1）幫部大變形導致頂板向非回采側嚴重傾斜，頂板下沉量極大。（2）頂板強烈動壓影響，頂板在墻體附近破斷、切頂。當錨索受力超過鋼絞線與夾片之間的摩擦阻力、錨索抗拉斷力時將導致錨索退錨、錨索破斷。同時索體承受較高的剪切力，錨索尾部應力集中程度超過索體承受極限而斷裂。

頂板支護所用錨桿為全長螺紋鋼錨桿，螺紋間距較大，隨著巷道變形，桿體受力增大，而桿體和螺母之間摩擦力較小，易出現螺母滑移后退現象。

2.3 頂板不平整導致錨索梁受力不均破壞

錨索梁最理想的工作狀態為錨索梁與頂板接觸充分均勻，這要求施工時頂板平整，工字鋼受到的力可以均勻的分配給錨索，然而巷道頂板凹凸不平，導致部分工字鋼與巷道頂板接觸不均勻，為點接觸，這使得錨索受力不均，容易導致其中的一根錨索因壓力過大而發生退錨或破斷。山腳樹礦中錨索剪斷現象主要是由于工字鋼錨索梁作用面積大，頂板彎曲變形將導致工字鋼彎曲變形，使得錨索孔口邊緣處受到工字鋼較大剪應力作用，當部分鋼絞線被剪斷后，剩下的鋼絞線無法承受巨大的壓力而直接被拉斷，防止錨索剪斷引起退錨的首選方式為在錨具后方增加一套萬向調心球墊。

2.4 鎖具夾片強度與鋼絞線強度的匹配

從夾片破壞特征來看，表現出夾片強度明顯低于鋼絞線強度，當頂板來壓劇烈時，由于鋼絞線強度大于夾片強度，夾片內螺紋被鋼絞線磨平，夾片失去咬合作用，握裹力逐漸減低，最后導致錨索逐漸退錨，部分錨索退錨后必然導致其他錨索工作阻力加大，從而導致運輸順槽中出現少量錨索被直接拉斷的現象。當然，錨索拉斷也有可能是錨索自身抗拉強度不足導致，這需要試驗進一步驗證。

2.5 其他原因

錨索安裝過程中樹脂藥卷攪拌不均勻不充分、膠凝時間不夠、藥卷長度不足或錨固長度不足，錨固段鋼絞線容易形成受力不均勻，可能引起單股鋼絞線受偏載作用首先發生破壞，進而導致整根錨索退錨。

3 錨索退錨、破斷等問題的控制對策

3.1 優化錨索支護方案

錨索梁的優點在于有效控頂面積大，但缺點在于頂板不平整時導致受力不均。因此頂板不平整地段，建議采用單體錨索加固。頂板平整地段，仍建議采用錨索梁加固，同時，工字鋼上錨索孔需要適當加大，開孔應磨圓倒棱，留下工字鋼變形空間，防止錨索被剪斷。

3.2 采用使用萬向調心球墊

萬向調心球墊的應用可以保證錨索內外均呈現在同一條直線上，防止錨索受到局部應力集中而發生剪斷現象，錨索張拉時加荷及卸荷梯度均勻平穩、夾片尾部保持在同一平面上。

3.3 使錨索、鎖具、夾片等構件強度相匹配

目前，山腳樹礦所采用鋼絞線直徑均為21.8 mm，1×19股高強度低松弛鋼絞線（強度級別為1860 MPa、100 h松弛率小于3.5%，延伸率小于3.5%），與之匹配的錨具及夾片的強度級別應該與之相匹配，錨具要求為OVM型號，即使用廣西柳州歐維姆標準錨具或能夠達到此標準的錨具，夾片的強度級別要求為1860 MPa。若采用比此低一級別的夾片，如1720 MPa，則易導致退錨。如果夾片強度測試結果無法與剛交線合理匹配，需要及時更換夾片。同時，要求錨索、夾片生產廠家定期提供強度報告，以便及時檢測強度。此外，錨具的高度規格也應該達到設計要求，以保證有效夾持長度，保證握裹力。

4 結語

錨索的退錨、破斷等問題嚴重制約著礦井的安全生產，必須及時采取有效措施加以控制。除了認真落實本文中所提出的解決方案外，工作人員還要搞好技術交底工作，使操作人員懂得錨索安全的重要性，嚴格按錨索安裝工藝進行施工。

參考文獻

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