錨桿支護技術工藝淺析

【摘 要】通大公司煤礦不斷尋求錨噴支護技術及工藝的新突破，經過多年的探索建立起巖巷施工“光面爆破成形一高強錨桿支護-4，噴厚成巷”的快速作業體系，使施工安全和工程質量得到保證，具有很高的安全效益和經濟效益。

【關鍵詞】錨噴支護；快速作業；施工；安全

0.前言

錨噴支護作業一種安全、經濟的支護方式，自60年代在煤礦大力推廣應用以來取得了巨大的發展。大陸煤礦按錨噴支護技術和工藝的不同大體可分為三個發展階段：第一個階段為80年代，以快硬水泥錨固劑卷端頭錨固的Φ16mm圓鋼錨桿支護為主；第二階段為90年代，以小鉆頭、小錨桿、小錨固劑卷的“三小”技術為主：第三階段自2001年2月至今，以高強度左旋無縱筋螺紋鋼樹脂錨桿支護為主，支護技術及施工藝取得了新的突破。這是一次支護技術大變革。它充分借鑒了煤巷錨網支護的成功經驗，認真分析廠傳統支護技術及工藝存在的弊端，努力進行支護理論的新探索并在實踐中使之不斷驗證、發展、完善，打破了錨噴支護工藝長期徘徊不前的局面，遵循了巖巷施工安全、經濟、高效的原則，取得了顯著的安全效益和經濟效益。

1.支護理論對支護方式選擇的指導

錨桿支護理論一般分為懸吊理論、松動圈理論、組合拱理論和組合梁理論等。我們以為，以圍巖松動圈理論為主線，以組合拱理論為立足點，按不同巖性和階段將巷道劃分為幾種類型，用以指導施工較為合理。在圍巖松動圈小于400mm的穩定巷道，以自然拱理論為主，錨桿的作用較小，主要是控制頂板下部巖體的錯動和離層失穩的發生，噴射護覆的目的主要是防止圍巖的風化。因此可采取只安設頂部錨桿等較簡單的支護方式。在圍巖松動圈介于400-1500mm之間的基本穩定巷道，以懸吊理論和組合拱理論為主，錨桿深入穩定巖層中，約束破壞區巖層的離層與錯動。因此可采取常規的端頭錨固或長錨固錨桿、噴射混凝土支護方式。在圍巖松動圈大于1500mm的不穩定巷道如地質破碎帶、軟巖帶或受采動影響區的巷道，則強調采用組合拱理論。這時圍巖變形加大、錨桿受力增大，只要錨桿不發生破壞，圍巖的穩定層仍在錨桿的控制范圍內，或該穩定層上移致使錨桿完全處于破壞巖層內，錨桿和破壞巖體仍可形成承載圈，具有一定的承載能力。因此應適當減小錨桿之間排距，實行全長錨固或加長錨固以保證錨桿的高預緊力。對于第三種情況，尤其要采用較小的噴射混凝上厚度，保證巷道的柔韌性和抗變形能力，而不是相反，這一點可以從對以往巖巷變形、破壞情況的觀測及分析中得到證實。

2.影響支護技術和工藝變革的因素

影響巖巷錨噴支護技術和工藝變革的因素很多，如支護理論的成熟與否、錨桿支護材料的改進、工藝及機具的配套、施工技術工藝水平的差異，還有質量標準化標準及工程質量檢驗評定規范的限制等等。隨著煤巷錨網支護技術的飛速發展，支護理論呈現多樣化并逐步成熟和統一起來，支護材料、安裝工藝及機具也發生了根本性的革新。這些都為巖巷支護技術的創新創造了條件。施工技術水平在現有基礎上已難有大的提高。而十幾年不變的工程質量規范在有些方面已明顯不適應施工技術及煤礦發展的要求。如對錨噴支護巷道凈斷面尺寸誤差范圍的要求是：

3.錨噴支護工藝的變途徑

3.1錨桿支護技術及支護材料的變革

傳統的錨桿支護系統主要包括Φ16mm圓鋼錨桿、快硬水泥錨固劑卷、鑄鋼錨桿托盤。錨桿長度一般在1600mm左右，其尾端是有車絲工藝加工出M14的螺紋，配用普通M14螺母。錨桿一般使用1卷錨固劑卷實行端頭錨固，設計錨固力為40kN，特別情況下裝3-4卷錨固劑卷實行全長錨固。錨桿安裝用鐵錘硒入，安裝初期的15-20min不能緊固，無預緊力。錨桿間排距一般為800mmx800mm。

這套錨桿支護系統的優點是加工制作簡單、安裝技術要求不高、支護成本低。其缺點是支護強度低；安裝初期無預緊力，不能及時有效地支護頂板；鑄鋼錨桿托盤脆性太大，受力后易發生碎裂；錨桿的間排距和錨桿長度受材質等因素限制不宜加大，對巷道圍巖深部的離層、破壞難以控制。為克服以上缺點，新的錨桿支護系統采用020mm高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿配合CK2850型樹脂錨固劑卷、M21銷釘式T型螺母、拱形金屬托盤。錨桿桿體長度2000mm，一般實行端頭錨固，采用一次性快速安裝工藝，錨桿的設計錨固力不低于80kN，錨桿預緊力矩不低于100Nm。錨桿間排距一般為1000mmXl000mm，圍巖破碎地段一般縮小為800mmX800mm。這套錨桿支護系統的特點足支護強度高、預緊力高、錨固力大，實現了一體化快速安裝、承載，大大提高了支護系統的穩定性，有效地降低了爆破對圍巖的破壞程度。特別是錨桿尾端采用冷撥滾絲工藝在4，20mm螺紋鋼桿體上加工出M21的螺紋，加之錨軒托盤與固定螺母的配套使用，實現了高強度錨桿的等強特性，使支護材料的效能得到了最大限度的發揮。

3.2噴射混凝土工藝的變革

變強度預應力錨桿支護系統的應用使巷道支護的可靠性大大提高。噴射混凝土的主要目的是封閉、固化圍巖，噴層厚度不需過大。在傳統的支護方式下，噴層厚度一般為100mm，交岔點等特殊地點達到150-200mm。由于質量檢驗規范的限制，在光爆質量達不到理想的要求時，個別地點的噴層厚度達到300-500mm，給隱蔽工程造成極大隱患。我們首先選擇聯絡巷等受采動影響劇烈的巖巷進行試驗，噴層厚度由100mm減少到70mm。結果巷道在工作面回采前后盡管產生了較大的變形，但巷道支護系統基本完好，噴層片落的現象大大減少，片落處只需少量補噴即可安全使用。我們在其它類型的巖巷道推廣了這一做法。并對邊界固風巷、聯絡巷等巷道進一步降低噴厚到30-50mm，同樣取得了滿意的效果，并節約了大量噴射物料，保證了巖巷快速掘進條件下“三掘一噴”的正規循環作業。

4.工程質量保證措施

4.1光爆質量控制

堅持光爆毛斷面質量標；隹高于成巷標；隹。區隊利用現場交接班對每遍炮進行光爆質量的監測、考核，光爆質量合格，同時噴厚合格率達到90%及以上，眼痕率達到60%以上的巷道才能評定為優良。保證巷道毛斷面的成形質量及圍巖的完整性和穩定性。

4.2錨桿拉拔力檢測

樹脂錨固劑的質量穩定性直接影響到錨桿的安裝質量。并為每個掘進工作面配備了20t的錨桿拉力計，施工單位要由噴碹班每天進行一次錨桿抗拉拔試驗，每次抽查3根，要求錨桿的拉拔力要達到80kN；每月要做一次錨桿破壞性拉拔試驗，要求錨桿的拉拔力要達到150kN以上。每月做一次錨桿抗拉拔試驗進行現場驗證。

5.主要成效

新型錨噴支護技術及工藝的探索與實踐帶來了巨大的安全效益和經濟效益。

錨桿快速安裝工藝及錨桿支護密度的降低滿足了巖巷快速掘進的需要。樹脂錨桿安裝速度比原來的快硬水泥錨桿提高了近4倍，錨桿支護密度也比原來降低了近30%-40%。

采用新型錨噴支護技術及工藝節約了支護材料，降低了成本，由于高強高錨桿支護系統的推廣使用，在支護強度不變的條件下，錨桿使用數量減少了近30%-40%，噴射混凝土厚度降低了30-50mm，節約噴射物料30%-50%，支護成本明顯降低。

該建立起新型巖巷快速作業體系，提高了施工隊伍的施工技術及安全管理水平。通過兩年多的實踐，建立起”光面爆破咸形一高強錨桿支護-4，噴厚成巷”的快速作業體系。先進的支護技術和嚴格的質量檢測手段有效地提高了支護的可靠性，確保了隱蔽工程的安全。我們還積極引導施工單位從抓好光面爆破這一環節人手。不斷提高施工技術和管理水平，利甩綜合手段進行成本控制，提高綜合經濟效益。自2001年新型錨噴支護系統推行以來，大陸煤礦杜絕了錨噴支護巷道頂板事故，巖巷掘進單位一直保持了全公司先進水平。