CN102979541A

CN102979541A - 一种新型锚杆锚索安装方法

Info

Publication number: CN102979541A
Application number: CN2012105280156A
Authority: CN
Inventors: 解波; 张宏忠; 孙智; 陈晓伟
Original assignee: Anhui Hengyuan Coal Electricity Group Co Ltd
Current assignee: Anhui Hengyuan Coal Electricity Group Co Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明涉及一种新型锚杆锚索支护方法，其具体包括顶板锚杆安装，帮部锚杆安装以及锚索安装等具体步骤，有效地提高了安全效果和掘进效率。

Description

一种新型锚杆锚索安装方法

技术领域

本发明涉及一种新型得锚杆锚索支护方法。

背景技术

安全、高效、经济的巷道支护技术是保证矿井安全、高效生产的必要条件。锚杆支护技术在国外重要的产煤国家得到了广泛应用，其中以美国、澳大利亚最为典型，这与他们煤层地质条件比较简单、埋藏浅以及国家重视该项技术密切相关，形成了从支护设计、配套施工机具、适用于不同条件的系列锚杆锚索支护产品和可靠的监测手段等成套支护技术体系，整个体系较为科学、安全和可靠。据不完全统计，我国国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总长度高达上万公里，其中80％以上是煤巷与半煤岩巷。到2005年，国有重点煤矿的煤巷锚杆锚索支护率达到60％，有些矿区超过90％，甚至达到100％，锚杆和/或锚索支护已经成为我国煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护形式。

钱营孜煤矿是皖北煤电集团新建大型现代化矿井，2009年10月正式投产，设计生产能力为1.80Mt/年，矿井目前主采煤层为3₂煤，首采3₂12工作面于2011年3月回采结束，3₂13工作面于2010年9月份接替3₂12。其中，3₂12工作面机巷和风巷掘进长度分别为1707m和2328m、3₂13工作面机巷和风巷掘进长度分别为3480m和3200m。钱营孜矿回采巷道具有超长(最长达3500m)、软厚泥岩顶板(平均达7m)、服务年限长(一般2～3a)等特点。工程实践表明，以锚杆结合锚索支护围岩强度强化理论为指导、采用锚杆锚索支护动态设计方法和利用高强度高预应力锚杆支护技术，锚杆锚索支护技术在首采3₂12两巷超长软厚泥岩顶板条件下得到成功应用，并将该成功经验推广应用至3₂13两巷和E3₂11两巷。从国内外锚杆支护技术水平来看，钱营孜矿煤巷锚杆锚索支护技术水平已达国际先进水平。

随着对巷道围岩控制机理的不断认识和发展，支护理论已从被动承载发展至主动加固、从单一因素支护作用发展到复合支护作用、从简单条件适用扩展至复杂条件适用，呈现出阶段性、逐步发展完善的特点。

而现有的支护技术中，重点在于各支护装置或系统的改进，对支护方法或者支护步骤等没有详细介绍。本发明人同过大量实践，根据所在煤矿的地址条件，设计出同时采用锚杆锚索支护的支护技术，并发明了一套支护安装方法，大大提高了锚杆锚索支护质量。

技术方案

本发明设计的一种新型锚杆锚索支护方法，其包括以下组成步骤：

(1)顶板锚杆安装：

①安设临时支护：铺设钢筋网或金属网。

②打顶板锚杆孔：用单体锚杆钻机按设计孔位打锚杆眼，巷道顶板锚杆长2600mm，采用与锚杆等长的钻杆打眼。

③送树脂药卷：穿过钢带孔眼向锚杆孔装入2节Z2350中速树脂药卷(市购)，用组装好的锚杆慢慢将树脂药卷向孔底推入。

④搅拌树脂：用搅拌接头将钻机与锚杆销钉(堵头)螺母连接起来，然后升起钻机推进锚杆，至顶板岩面300～500mm时开始搅拌，缓慢升起钻机并保持搅拌30s后停机。

⑤紧固锚杆：50s后再次启动钻机边旋转边推进，锚杆螺母在钻机的带动下剪断定位销或推出堵片，托盘快速压紧顶板岩面，使锚杆具有较大的预拉力，钻机输出扭矩≥150N·m。

⑥气扳机二次及时加扭，扭矩不小于400N·m。

(2)帮部锚杆安装

①按设计部位打巷道帮锚杆孔：根据煤岩条件选择气腿式凿岩机、煤电钻或帮部锚杆钻机施工，与锚杆等长钻杆。

②送树脂药卷：穿过金属网或钢塑复合网向锚杆孔装入一节Z2370中速树脂药卷，用组装好的锚杆慢慢将树脂药卷推入孔底。

③搅拌树脂：用连接套将煤电钻或帮锚杆钻机与锚杆螺母连接起来，并用锚杆将树脂药卷推入孔底，然后开动钻机边搅拌边推进，保持30s并推入孔底后停止。

④安装锚杆：50s后再次开动钻机，将螺母中的定位销剪断或推出堵片，托盘快速压紧岩面，安装完毕。

⑤气扳机二次及时加扭，扭矩不小于300N·m。

(3)顶板锚索安装

①打顶板眼：采用直径为Φ27mm的钻头、接长钻杆打眼，按设计眼位和角度施工安装，眼深按设计要求。

②送树脂药卷：向孔内装入4节Z2350中速树脂药卷，用钢绞线慢慢将树脂药卷推入孔底。

③搅拌树脂：用搅拌接头将单体锚杆钻机与钢绞线连接起来，然后升起钻机推进钢绞线，边搅拌边推进，直到推入孔底，停止升钻机搅拌20～30s后停机。

④拉钢绞线：半小时后用张拉千斤顶张拉钢绞线，预紧力100kN。

附图说明：

附图1巷道顶、底板岩性柱状图

附图2锚杆支护设计方法

具体实施方式

32煤层为矿区的主采煤层，位于上石盒子组下部，煤层厚0.58～8.22m，平均煤厚2.89m。煤层厚度除个别点较薄或不可采(356孔)外，一般见煤点的厚度均在2～3m以上。煤层含煤面积49.61km2，可采面积49.55km2，可采系数达99.9％，为全区可采的较稳定的主要可采煤层。煤层结构较复杂，具夹矸，116个可采见煤点中夹矸一层的有49个点，2层的有29个点，3层以上有16个点。夹矸以泥岩和炭质泥岩为主，少数为含炭泥岩。顶板、底板岩性以泥岩为主，次为粉砂岩和细砂岩。32煤层全部为非火成岩侵入区。具体煤层巷道顶、底板岩性柱状图克参见附图1，具体为

1、顶板

煤层直接顶板以深灰色泥岩为主，平均厚约4.34m，局部为深灰色粉砂岩：老顶为泥岩或粉细砂岩。

煤层向上岩性依次为：

泥岩，平均厚度4.34m，深灰色，泥质结构，含化石碎片，含镜煤条带；

煤，平均厚度0.19m，黑色，不稳定；

泥岩，平均厚度1.15m，深灰色，块状，性脆，含砂质和植物化石；

细砂岩，平均厚度0.73m，灰色，细粒块状，成分以石英、长石为主，钙质胶结，性脆，含菱铁，局部有裂隙。

煤，平均厚度0.12m，黑色。

泥岩，平均厚度3.87m，灰色～深灰色，较致密，块状，平坦状断口，局部含有较多粉砂质。

细砂岩，平均厚度3.20m，灰色～灰绿色，细粒，斜层理，成份以石英长石为主，硅质胶结，裂隙发育，方解石脉充填。

泥岩，平均厚度11.50米，灰色～深灰色，块状，泥质结构，局部含有粉砂岩，见滑面，裂隙、滑面发育，方解石脉充填，含有植物根茎化石。

细砂岩，平均厚度，9.53米，绿灰色～灰色细粒结构，块状～层状，成份以石英、长石为主，钙质胶结，有裂隙，含方解石脉，偶见石脉和植物根茎化石。

2、底板

煤层直接底板为一层泥岩，平均厚约2.93m，老底为细砂岩。

煤层向下岩性依次为：泥岩，平均厚度2.93m，灰色～深灰色，性脆，块状，平坦状断口，上部有砂质，局部有裂隙，层面含有钙质及植物化石。

细砂岩，平均厚1.73m，灰色，块状，细粒砂结构，成分以石英、长石为主，少含暗色矿物，泥质胶结，断口平坦，局部有方解石脉充填裂隙；

煤，平均厚度0.25m，黑色，块状～碎块状，由暗煤组成，暗煤型。

细砂岩，平均厚度9.5m，灰色～深灰色，中细粒，块状，成份以石英、长石为主局部层状，钙质胶结，局部含有薄层泥岩见裂隙；

煤，平均厚度0.29m，黑色；

泥岩，平均厚度20.57m，灰色，泥质结构，块状，含有大量粉砂质。

K3砂岩，平均厚度7.47米，浅灰色～灰白色，微带暗红色，成份以石英、长石为主，硅质胶结，石英颗粒较大，含菱铁鲕粒，少量泥质包体，分选、磨圆较差，性硬，发育不稳定，局部不发育，仅为薄层粉砂岩，下部裂隙发育，为32煤下主要含水层。锚杆支护设计是巷道锚杆支护技术可靠经济合理的重要保证，目前的巷道锚杆支护设计方法基本上可归结为三类：工程类比法、理论计算法和动态信息设计法。钱营孜矿煤巷锚杆支护设计采用动态信息设计法。设计步骤包括：试验点调查和地质力学评估，初始设计，井下监测和信息反馈，修正设计和日常监测，锚杆支护设计方法见图2。

优秀合理的设计必须建立在全面、准确的巷道围岩地质力学资料和实际生产技术上，因此，地质力学评估是初始设计的先导，对设计有着十分重要的作用。主要包括：①.地应力测试。地应力的大小和方向对巷道布置和锚杆支护设计影响很大，已成为锚杆支护设计的重要基础资料。②.巷道状况调查和巷道围岩力学性质参数测试。主要包括：顶底板岩层数目及层厚、岩层节理、裂隙间距、巷道现有支护条件下的变形破坏规律、岩层的弹性模量、泊松比、抗压及抗拉强度、粘聚力、内摩擦角等巷道围岩赋存状况及力学性质参数。③.锚杆组件力学性质和锚固剂粘结强度测试。测试锚杆、托板等抗压、抗拉强度及锚杆延伸率，以及锚固剂粘结强度现场实测。

3212两巷维护呈现出如下特征：①.巷道埋深较大(最深近650m)，接近深井高地压巷道支护问题。②.巷道顶板为厚层砂质泥岩、泥岩及煤线的厚层软弱复合顶板，厚度可达7m左右，一般条件下锚索无法深入老顶砂岩。32煤顶板围岩裂隙、层理比较发育，强度低，完整性差。③.巷道掘进过程中断层等构造较多，造成32煤层顶底围岩更加破碎，而且在钻孔施工中出水现象较为严重，且没有明显的规律性。

针对3212风巷工程技术特征，提出采用的基本支护方式为：高性能锚带网索支护。顶板和帮部均采用高性能锚杆支护，最大限度地加大锚固长度和范围，结合T型(或M型)钢带护顶、窄带钢护帮，顶、帮均采用菱形金属网、钢塑网、钢筋网紧贴岩面护顶、护帮。针对部分顶板破碎严重和破碎范围大的巷道，可以采用的加强支护方式为：围岩内部注浆加固。为此，采用以下关键技术手段：

(1)高强度的锚杆支护技术：采用专用螺纹钢加工而成的高性能锚杆，这种锚杆抗破断强度高，支护刚度更大，限制变形更加有力；大刚度附件(M型或T型钢带、大托盘、网)；加长或全长锚固；采用气扳机可以实现锚杆较高的预紧力，有效增加锚杆对巷道围岩支护初期的控制作用，提升锚杆支护的作用级别，保证支护系统整体安全可靠。

(2)增强的锚索支护技术：大直径钢绞线、轻型槽钢梁配合小托盘，增大护表面积，减轻目前所用的普通小托盘与围岩局部小面积接触而产生的点载荷作用，防止围岩挤压破损，将对松散层裂破碎岩体起到较好的维护效果。

(3)关键部位点柱加强：在巷道顶板破碎或下沉较大处架设木点柱，可以使大跨度巷道增加一个中间的支撑点，起到明显的承载梁减跨效应，同时对顶板的离层垮冒起到直观外显和早期的预警作用。

(4)局部加强的围岩注浆加固技术：针对3212、3213工作面机风巷顶板泥岩厚，上部砂岩含水的特点，在浅部围岩变形控制不利时，极易造成砂岩和泥岩间离层，或者将砂岩水引入到泥岩，从而引起顶板控制效果下降，此时，为防止顶板事故，应考虑采用注浆加固技术。

而对于具体的锚杆锚索支护方法而言，其步骤如下：

(1)顶板锚杆安装：

①安设临时支护：铺设钢筋网或金属网。

③送树脂药卷：穿过钢带孔眼向锚杆孔装入2节Z2350中速树脂药卷，用组装好的锚杆慢慢将树脂药卷向孔底推入。

⑥气扳机二次及时加扭，扭矩不小于400N·m。

(2)帮部锚杆安装

⑤气扳机二次及时加扭，扭矩不小于300N·m。

(3)顶板锚索安装

在安装过程中需要有以下注意事项：

(1)成孔质量注意事项

①孔直度要高，即接换钻杆时，应确保钻机位置不动，保持一条中心线；

②孔深应准确，要求采用与锚杆等长的钻杆完成钻孔，误差不能大于20mm；

③孔壁要清洁，钻孔完成后，应反复冲刷直至孔内出清水，不留煤岩粉。

(2)锚杆安装合格的标志

①丝扣外露≤50mm，确保锚杆上紧时，仍留有丝扣；

②塑料减摩垫圈严重挤压变形；

③网应封闭顶帮岩煤体，铺网搭接长度不低于100mm，接扣间距≤100mm，确保封闭连接和强度要求，以满足长期维护。

(3)锚索安装注意事项

①锚索钻孔施工的过程中，必须保证三径(钻孔直径、锚索直径、药卷直径)合理匹配；

②孔深要适当，不得过深或过浅，保证钢绞线外露300mm；

③钻头直径为Φ27mm，钻孔要直，施工过程中尽量不要晃动钻机，防止将钻孔扩大。

④锚索钻孔施工完毕后，立即安装药卷，4节Z2350药卷；

⑤树脂药卷安装后，推进钢绞线挤压树脂药卷入孔底，再搅拌20～30s，保证钢绞线深入孔底。

另外，作为进一步的优选方式，顶部采用φ22mm，L＝2400mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，间排距800mm×800mm，铺菱形金属网配合钢带梁例如KTM4钢带梁支护，1-1断面顶板钢带梁长5.2m，2-2断面顶板钢带梁长5.6m，菱形金属网规格分别为：长×宽＝5000×1000mm、长×宽＝5600×1000mm，锚杆托盘为长×宽×厚＝150×150×10mm碟形托盘；帮部采用φ20mm，L＝2000mm右旋全螺纹钢等强锚杆，间排距800mm×800mm，铺设金属网配合KTM4钢带进行支护，钢带梁长3m，帮部金属网长×宽为3000mm×1000mm网与网之间顺茬搭接，压茬100mm，压茬处每隔200mm用双股12#铁丝扎紧；底脚锚杆距底板不超过500mm；顶部锚杆锚固剂采用1卷型号为Z2370的中速树脂锚固剂，右帮锚杆采用2卷M2370的慢速树脂锚固剂，左帮锚杆采用1卷K2370的快速树脂锚固剂，树脂锚固剂必须入箱保管。

进一步地，碟形托盘与半球形垫圈配套使用，碟形托盘与垫圈的接触面为相匹配的球面。

进一步地，锚杆杆体底部尾端切面为斜切面，以保证锚杆送入时尖部的冲切效果。

进一步地，打顶板眼的工序为，在顶板靠巷帮位置或巷帮靠顶底板位置施工钻眼，转眼角度与水平夹角α为30-50°，直径为20-35mm，深度L不小于3m。

进一步地，在所述的左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆之间采用φ15.24mm小孔径预应力锚索对其进行加密支护，锚杆与锚索间距不超过0.65m，所述加密预应力锚索的预应力为100-120KN。

锚索采用φ17.8mm的钢绞线加工而成，设计长度6500～9500mm，根据顶板探查孔岩性选择(每施工50m在巷道的正中施工一个10m深的顶板岩性探查孔)，确保锚索生根于硬岩中的长度不小于1m；1-1断面锚索采用矩形布置，一排两根，沿巷中对称布置，间距2.4m，排距1.6m；2-2断面锚索采取五花型布置，一排2根(间距2.4m)对称巷中布置与一排1根居巷中布置，交替施工，排距1600mm；配合专用锚索托盘(250×250mm，14mm厚带球面托盘)进行支护，每2根锚索用2m长钢带走向迈步连接，两边锚索滞后迎头不得大于5m，中间一排锚索滞后迎头不得大于50m；锚索采用2卷树脂锚固剂锚固，其中上部锚固剂型号为K2370的快速树脂锚固剂，下部锚固剂型号为Z2370的中速树脂锚固剂；如顶板条件不稳定，锚索必须紧跟迎头；施工中，严禁截割锚索。

Claims

1.一种新型锚杆锚索支护方法，其包括以下组成步骤：

(1)顶板锚杆安装：

①安设临时支护：铺设钢筋网或金属网。

③送树脂药卷：穿过钢带孔眼向锚杆孔装入2节中速树脂药卷例如Z2350或Z2370型号的中速树枝药卷(锚固剂)，用组装好的锚杆慢慢将树脂药卷向孔底推入。

⑥气扳机二次及时加扭，扭矩不小于400N·m。

(2)帮部锚杆安装

⑤气扳机二次及时加扭，扭矩不小于300N·m。

(3)顶板锚索安装

2.如权利要求1所述的支护方法，其特征在于：(1)顶部采用φ22mm，L＝2400mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，间排距800mm×800mm，铺菱形金属网配合KTM4钢带梁支护，菱形金属网规格分别为：长×宽＝5000×1000mm、长×宽＝5600×1000mm，锚杆托盘为长×宽×厚＝150×150×10mm碟形托盘；帮部采用φ20mm，L＝2000mm右旋全螺纹钢等强锚杆，间排距800mm×800mm，铺设金属网配合KTM4钢带进行支护，钢带梁长3m，帮部金属网长×宽为3000mm×1000mm。

3.如权利要求2所述的支护工艺，其特征在于：锚索采用φ17.8mm的钢绞线加工而成，设计长度6500～9500mm，根据顶板探查孔岩性选择(每施工50m在巷道的正中施工一个10m深的顶板岩性探查孔)，确保锚索生根于硬岩中的长度不小于1m；配合专用锚索托盘(250×250mm，14mm厚带球面托盘)进行支护；锚索采用2卷树脂锚固剂锚固，其中上部锚固剂型号为例如K2370的快速树脂锚固剂，下部锚固剂例如型号为Z2370的中速树脂锚固剂。

4.如权利要求1所述的支护工艺，其特征在于：打顶板眼的工序为，在顶板靠巷帮位置或巷帮靠顶底板位置施工钻眼，转眼角度与水平夹角d为30-50°，直径为20-35mm，深度L不小于3m。

5.如权利要求2所述的支护工艺，其特征在于：在所述的左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆之间采用φ15.24mm小孔径预应力锚索对其进行加密支护，锚杆与锚索间距不超过0.65m，所述加密预应力锚索的预应力为100-120KN。