錨索錨固性能不穩定原因范文

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《煤礦開采雜志》2014年第三期

1原因分析

1.1地質條件由于斷層的存在使得14505軌道巷層位發生變化，3根不同位置的錨索錨固的位置如圖1所示。由圖1可知:(1)由于斷層的存在，5號煤被抬升，14505軌道巷頂板變為5號煤層。(2)右幫錨索全部打在5號煤層內，該煤層較軟，不利于成孔。(3)巷道中間及左側錨索孔，穿過3個煤巖交界面，且都在錨固段內。由于煤層及頂板賦存不穩定，為了進一步了解頂板圍巖結構及強度，采用電子鉆孔窺視儀對斷層附近巷道正中間頂板的9m范圍內煤巖層結構進行了詳細觀測，結果顯示，巷道頂板煤巖層節理裂隙比較發育，如圖2所示。巷道頂板0～2.8m為5號煤層，平均單軸抗壓強度10.42MPa;2.8～3.6m為碳質泥巖，黑色，疏松塊狀，含碳量較高，裂隙發育，巖層完整性較差;3.6～4.0m為4號煤層;4～6.5m為碳質泥巖，黑色;6.5～9.0m為泥巖，灰黑色，巖層完整性較差。井下錨索安裝過程中發現，巷道頂板右側錨索孔在4m左右出現塌孔，樹脂錨固劑向孔底推送困難;或錨索孔被刷大，錨固劑無法推送到孔底，導致錨索錨固力存在達不到設計要求的情況，當張拉到30MPa(對應120kN)時張拉力不再增加。從以上分析可以看出，由于巷道圍巖強度較低，且節理裂隙發育，導致錨索孔成型后過大，使錨索的錨固力不能達到設計要求，從而影響錨索高預緊力的施加，最終影響整個錨網索的支護效果。

1.2索體形狀錨索索體一般用具有一定彎曲柔性的鋼絞線制成，煤礦用錨索為1×7股和1×19股2種(圖3)，與螺紋鋼錨桿桿體表面形態不同，索體表面光滑無橫肋。榮冠等人研究結果表明［5］，由于螺紋鋼錨桿表面螺紋起伏使其與粘結物之間明顯存在擠壓、剪脹、剪斷等作用從而較大地提高了錨固強度。可見光滑的索體表面是影響軟弱煤巖層錨索錨固力的另一個原因。

1.3樹脂錨固劑性能井下使用2種不同廠家生產的樹脂錨固劑，為了研究樹脂錨固劑的錨固性能［4］，在實驗室對樹脂錨固劑抗壓強度及抗拔力進行試驗。按照試驗標準，把甲乙2個廠家的樹脂錨固劑各做3組40mm×40mm的立方體試塊，進行抗壓強度試驗，試驗溫度為22℃左右，放置時間為24h，抗壓強度不得小于60MPa，試驗結果如圖4所示。由圖4可看出，甲、乙兩廠家樹脂錨固劑的抗壓強度存在一定的差異。甲廠家3組不同的樹脂錨固劑試塊的抗壓強度均符合標準要求，即抗壓強度不小于60MPa，其中2組樹脂錨固劑的抗壓強度大于130MPa，另一組大于90MPa;乙廠家3組不同樹脂錨固劑試塊的抗壓強度波動性較大，其中兩組樹脂錨固劑的抗壓強度大于90MPa，另一組小于40MPa，低于樹脂錨固劑抗壓強度要求。對不同廠家的錨固劑做抗拔力試驗，采用內徑30mm的鋼管，錨桿采用22mm，屈服強度500MPa左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，錨固長度125mm，錨固時間為2h，抗拔力不得小于100kN。試驗結果如圖5所示。由圖5可以看出，甲、乙兩家樹脂錨固劑的抗拔力存在明顯差別。甲廠家樹脂錨固劑3組抗拔力試驗均大于130kN，能達到標準要求(抗拔力應大于100kN)，且3組錨固劑抗拔性能比較穩定，抗拔力峰值沒有明顯波動;乙廠家樹脂錨固劑3組抗拔力試驗曲線波動性較大，其中兩組試驗的抗拔力小于82kN(1組為81kN，1組為67kN)，另外一組試驗的抗拔力符合標準要求，其值為120kN。可見，樹脂錨固劑性能不穩定也是影響錨索錨固力達不到要求的原因之一。

2解決途徑

從以上分析可知，造成錨索錨固力不穩定的原因有3個:一是煤巖層強度較低;二是錨索索體光滑無橫肋;三是樹脂錨固劑性能不穩定。針對以上原因，提出以下解決途徑:(1)由于頂板賦存不穩定，導致錨索錨固段處于強度較低的層位時，可以動態設計錨索長度使錨固段處于巖層強度相對較高的層位。王村煤礦14505軌道巷在斷層段，通過窺視和強度測試發現頂板4～8m范圍為泥質砂巖，強度為28MPa左右，相對較高，因此將錨索長度由5.3m變為7.3m，錨索抗拔力可以達到180kN以上。(2)為增大錨索索體與錨固劑的粘結面積，提高錨固力，通過改變錨索錨固段表面形態將錨索錨固段改裝成“鳥籠狀”，可顯著增加錨固強度。在不增加錨索長度的前提下，通過把14505軌道巷錨索錨固段變為“鳥籠狀”，錨固力也可以達到180kN。(3)目前，隨著我國煤炭行業對樹脂錨固劑需求的不斷增加，生產樹脂錨固劑的廠家有上百家，各廠家生產的樹脂錨固劑質量存在明顯差異。因此，要選擇規模大、實力雄厚、具有多年生產和使用經驗的廠家，并經過井下錨固力試驗來確定樹脂錨固劑的用量和錨固劑規格、型號。將以上措施應用于井下，完全解決了錨索錨固性能不穩定的問題，提高了安裝錨索的成功率，減少了打孔數量，提高了支護速度。

3結束語

(1)當頂板煤巖層松軟破碎強度較低時，錨索錨固力會明顯下降，解決好錨索錨固力問題是保證支護效果的前提。(2)影響錨索錨固力的因素有很多，加強錨索錨固力的現場試驗來確定錨索支護參數是最真實、可靠的辦法。(3)通過對影響錨索錨固力因素及解決途徑的分析，為今后煤礦錨索設計和施工提供了重要的參考，并希望能引起有關技術人員的重視，加強對錨索錨固力設計的關注和現場施工的管理。

作者：王海寧汪占領孟憲志單位：陜煤澄合礦業有限公司生產部天地科技股份有限公司開采設計事業部