CN104989437A - 一种锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法，该方法采用锚索实施分区锚固、分段预紧。分区锚固即针对破碎区、塑性区和弹性区分别设定锚固段，锚固顺序依次为弹性区、塑性区和破碎区，弹性区锚固段采用树脂锚固剂锚固，塑性区和破碎区采用注浆锚固；分段预紧即每次锚固稳定后（孔口锚固段除外），均对锚固段外端至孔口的自由段进行张拉预紧。本发明能够有效提高锚索支护的可靠性，分区设定锚固段可有效避免锚索局部破断引起的整根锚索失效，而且注浆锚固具有锚固锚索和加固裂隙围岩的双重作用；分段预紧使锚索全长具有较高预应力，主动支护效果明显提高，能够有效改善岩层控制效果。

Description

一种锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法

技术领域

本发明涉及一种岩层控制方法，特别是一种锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法。

背景技术

巷道开挖后，围岩应力重新分布，围岩发生变形破坏，围岩由浅至深形成破碎区、塑性区和弹性区。随着煤矿开采条件日益复杂，加上矿井开采深度的增大，致使破碎区、塑性区显著增大，巷道支护难度增大。锚索支护是目前广泛采用的经济有效的支护形式，但在复杂困难条件下，锚索支护仍存在以下问题：①现有锚索锚固方式为端头锚固（锚索长度较大，难以实现全长锚固），如果锚具失效或锚索破断，整根锚索将失去支护作用，即发生锚固失效。②采用注浆锚索施工，虽然能够实现全长锚固，但是由于无法施加预应力，难以充分发挥锚索的支护作用。③对于破碎区、塑性区较大的围岩，锚索长度也相应增大，而对于长锚索而言，如果自由段长度太长，则锚索预应力效果明显降低。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的问题，提供了一种锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法，该方法可有效解决现有支护方式中锚索易锚固失效、预应力效果差的问题，能够有效改善岩层控制效果。

本发明采用的技术方案要点是采用锚索实施分区锚固、分段预紧。分区锚固即对所确定的破碎区、塑性区和弹性区分别设定锚固段，锚固顺序依次为弹性区、塑性区、破碎区，弹性区锚固段采用树脂锚固剂进行锚固，塑性区和破碎区锚固段采用注浆锚固；分段预紧即每次锚固稳定后（孔口锚固段除外），均对自由段进行张拉预紧。

该锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法，包括以下步骤：

a、根据围岩变形破坏状态，确定破碎区、塑性区和弹性区范围；

b、对于锚索索体，在破碎区、塑性区和弹性区分别设定锚固段；

c、对弹性区采用树脂锚固剂进行锚固，该段为弹性区锚固段，锚固稳定后对锚索进行第一次张拉预紧；

d、对塑性区浅部围岩进行锚固，该段为塑性区锚固段，锚固方式为注浆锚固，锚固稳定后对锚索进行第二次张拉预紧；

e、对破碎区浅部围岩进行注浆锚固，该段为破碎区锚固段，锚固稳定后即可。

进一步，上述锚索分区锚固和分段预紧过程为：弹性区锚固段锚固、第一次张拉预紧→塑性区锚固段锚固、第二次张拉预紧→破碎区锚固段锚固。

优选的，上述步骤c弹性区锚固段的锚固过程为：钻孔、清孔、装入树脂锚固剂、搅拌、张拉预紧。

优选的，在所述塑性区和破碎区每个锚固段的两端均采用注浆封孔器封孔，封孔完成后，对所述锚固段中部进行注浆锚固。

进一步，在复杂生产地质条件下，围岩破碎区、塑性区较大时，可以适当增加锚固段数量，且除孔口的锚固段外，每次锚固后均要进行张拉预紧。

本发明的有益效果：本发明采用分区锚固能够有效提高锚索支护的可靠性，避免锚索局部破断引起的整根锚索失效，注浆锚固则具有锚固锚索和加固裂隙围岩的双重作用；本发明采用分段预紧能够使锚索全长具有较高预应力，充分发挥锚索的主动及时支护作用；分区锚固后形成的自由段，在围岩压力作用下发生延伸，能够控制并适应围岩较大变形，有效改善岩层控制效果。

附图说明

图1为本发明锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法示意图；

图2为本发明锚索锚固结构示意图；

图中，Ⅰ为破碎区，Ⅱ为塑性区，Ⅲ为弹性区；1为巷道，2为锚索，3为锚杆，4为锚索锚具，5为锚索托盘，61、62、63、64为注浆封孔器，71、72为注浆管，8为锚索索体，9为锚索头部；L₁为弹性区锚固段，L₂为塑性区锚固段，L₃为破碎区锚固段；Z₁为L₁锚固后形成的待预紧自由段，Z₂为L₂锚固后形成的待预紧自由段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

a、根据巷道围岩变形破坏状态，确定围岩破碎区Ⅰ、塑性区Ⅱ和弹性区Ⅲ范围；

如图1、图2所示，巷道1采用锚索2、锚杆3联合支护。根据巷道1围岩变形破坏状态，确定围岩处于破碎状态的破碎区Ⅰ、围岩处于塑性变形状态的塑性区Ⅱ、围岩处于弹性变形状态的弹性区Ⅲ。图中Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区之间采用虚线作为分界。

b、对于锚索2的索体8，相对破碎区Ⅰ、塑性区Ⅱ和弹性区Ⅲ分别设定锚固段L₃、L₂和L₁，在塑性区锚固段L₂和破碎区锚固段L₃的两端分别成对设置注浆封孔器61、62和63、64。

c、对弹性区Ⅲ采用树脂锚固剂进行锚固，形成锚固段L₁，锚固稳定后，张拉预紧自由段Z₁；

实施过程为：钻孔→清孔→装入树脂锚固剂→搅拌→张拉预紧；

①  钻孔：根据锚索支护设计要求，确定锚索2的位置及方向，使用钻机按照锚索方位进行钻孔；

②  清孔：钻孔完毕后，采用高压风将岩粉吹出；

③ 装入树脂锚固剂：清孔完毕以后，按照设计要求的树脂锚固剂型号、数量和安装顺序，依次装入钻孔内L₁段，将锚索头部9顶住树脂锚固剂，缓缓将其送入孔底；

④  搅拌：升起钻机并用专用搅拌器连接钻机和锚索2的尾部，开动钻机开始搅拌，搅拌应先慢后快，待锚索索体8全部插入钻孔后，全速旋转搅拌15～30秒（中途不得中断），停止搅拌后等待一定时间（根据药卷说明书，一般为1分钟），收缩钻机卸下搅拌器，等待10~15min后，装上托盘5、锚索锚具4；

⑤  张拉预紧：弹性区锚固段L₁锚固稳定后，对自由段Z₁进行张拉预紧。

d、对塑性区Ⅱ浅部围岩进行锚固，形成锚固段L₂，锚固稳定后，张拉预紧自由段Z₂；

对塑性区锚固段L₂，采用注浆锚固方式，为防止跑浆，可利用在注浆封孔器61和62对锚固段L₂实施封闭；该锚固段L₂由固定在锚索索体8上的注浆管71注入浆液，浆液严格按照试验确定的配合比搅拌均匀，随拌随用，连续缓慢灌注浆液，注满由注浆封孔器61和62封闭的锚固段L₂，且稳压30min，直至不再吸浆为止。待锚固段L₂锚固稳定后，对自由段Z₂进行张拉预紧，同时上紧锚具4。

e、对破碎区Ⅰ浅部围岩进行注浆锚固，形成锚固段L₃；

对破碎区锚固段L₃，采用注浆锚固方式，注满由注浆封孔器63和64封闭的锚固段，具体实施方法如同塑性区锚固段L₂，但锚固后不再对锚索2张拉预紧。

对破碎区Ⅰ锚索段L3还可采用锚索2加设锚杆3同时进行注浆定位锚固。

该方法中塑性区和破碎区每个锚固段的两端均采用注浆封孔器封孔，封孔完成后，对锚固段中部采用注浆管进行注浆锚固，锚固段的锚固长度可根据围岩状况进行调整。

该方法中，如果在复杂生产地质条件下，围岩的破碎区、塑性区较大，亦可以在破碎区、塑性区适当增加锚固段数量，且除孔口的锚固段外，每次锚固后均要进行张拉预紧。

 全部实施完成后，即针对弹性区Ⅲ、塑性区Ⅱ和破碎区Ⅰ所形成的三个锚固段L₁、L₂、L₃锚固完成后，即可有效避免锚索的局部破断引起整根锚索失效，注浆锚固则具有锚固锚索和加固裂隙围岩的双重作用；分段预紧使锚索全长具有较高预应力，自由段M₁和M₂在围岩压力作用下发生延伸，能够控制并适应围岩较大变形，有效改善岩层控制效果。

Claims (4)

1.一种锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 根据围岩变形破坏状态，确定破碎区、塑性区和弹性区范围；

b. 对于锚索索体，在破碎区、塑性区和弹性区分别设定锚固段；

c. 对弹性区采用树脂锚固剂进行锚固，该段为弹性区锚固段，锚固稳定后对锚索进行第一次张拉预紧；

d. 对塑性区浅部围岩进行锚固，该段为塑性区锚固段，锚固方式为注浆锚固，锚固后对锚索进行第二次张拉预紧；

e. 对破碎区浅部围岩进行注浆锚固，该段为破碎区锚固段，锚固稳定后即可。

2.根据权利要求1所述的锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法，其特征在于，所述的步骤c弹性区锚固段的锚固的过程为：钻孔、清孔、装入树脂锚固剂、搅拌和张拉预紧。

3.根据权利要求1所述的锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法，其特征在于，在所述塑性区和破碎区每个锚固段的两端均采用注浆封孔器封孔，封孔完成后，对所述塑性区和破碎区锚固段中部进行注浆锚固。

4.根据权利要求1所述的锚索分区锚固分段预紧岩层控制方法，其特征在于，在破碎区、塑性区较大时，允许增加锚固段数量，而且除孔口的锚固段外，每次锚固后均要进行张拉预紧。