錨桿失效原因及其控制

下面結(jié)合煤層巷道支護(hù)狀況分析失效錨桿產(chǎn)生的原因和降低錨桿失效的幾點(diǎn)辦法。

　　1.地質(zhì)概況

　　東采區(qū)可采煤層28#、30#，現(xiàn)開(kāi)采深度-740米，其煤層頂?shù)装鍘r性較穩(wěn)定。

　　2.錨桿失效的原因及分析

　　2.1錨桿失效的原因

　?。?）錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理。

　　（2）地質(zhì)條件因素的影響。

　　（3）巷道開(kāi)掘方式（即爆破）的影響。

　　（4）支護(hù)材質(zhì)。

　?。?）施工工藝中的人為因素的影響

　　2.2分析原因

　　2.2.1支護(hù)材質(zhì)及長(zhǎng)度、間、排距的確定

　　錨桿支護(hù)的作用機(jī)現(xiàn)有懸吊作用，組全梁作用、加固拱作用和圍巖補(bǔ)強(qiáng)、減少跨度作用，但在巷道幫支護(hù)機(jī)理為圍巖補(bǔ)強(qiáng)。依據(jù)巖石分類(lèi)及支護(hù)形式對(duì)應(yīng)關(guān)系，該巷道支護(hù)機(jī)現(xiàn)為錨桿懸吊理論。

　　以東采30#左四下巷為例，頂板支護(hù)依據(jù)懸吊理論計(jì)算錨桿各支護(hù)參數(shù)：

　　該巷道寬3.8米，高3.0米，采用?28×350mm樹(shù)脂藥卷端錨，打眼機(jī)具為

　　錨桿長(zhǎng)度的確定，通常有兩種方法，一是確定巷道頂板松動(dòng)圈的高度，另一方法是當(dāng)頂板一定范圍內(nèi)堅(jiān)固穩(wěn)定巖層的位置易于確定，有效長(zhǎng)度大于或等于被懸吊巖層的厚度。

　　（1）錨桿長(zhǎng)度：

　　L=K×H+L1+L2=2.0×0.5+0.3+0.04=1.35（米）

　　式中：L――錨桿長(zhǎng)度。

　　K――安全系數(shù)，取2.0。

　　L1――錨桿錨入穩(wěn)定巖層厚度， 取0.3。

　　L2――錨桿外露長(zhǎng)度， 取0.04。

　?。?）錨桿直徑：

　　根據(jù)桿體實(shí)際長(zhǎng)度與安全系數(shù)的確定：

　　d===18.18（?L）

　　式中：d――錨桿直徑。

　　L――錨桿實(shí)際長(zhǎng)度。

　?。?）錨桿間、排距。

　　依據(jù)每根錨桿懸吊巖石載荷大小確定錨桿間、排距：

　　D≤==1.58（米）

　　式中：D ――錨桿間排距。

　　Q――錨桿錨固力，取5噸。

　　K――安全系數(shù)，取2.0。

　　H――軟弱巖層厚度；取0.5米。

　　r――巖石平均容重；取2.5T/m3。

　　根據(jù)計(jì)算，所需錨桿長(zhǎng)度1.35米，錨桿間排距1.58米，錨桿直徑14.55?L；實(shí)際材質(zhì)選用?18mm螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度為1.6m，錨桿間排距1.2×1.0m。

　　以上述計(jì)算表明：計(jì)算結(jié)果雖然可以滿(mǎn)足支護(hù)要求，但沒(méi)有考慮松動(dòng)圈理論進(jìn)行計(jì)算錨桿長(zhǎng)度。是產(chǎn)生錨桿失效的原因之一。

　　在錨桿的支護(hù)密度方面，巖層穩(wěn)定程度、完整程度不同，支護(hù)密度也應(yīng)該有所區(qū)別。因?yàn)椋^桿在施工時(shí)，錨桿的錨固力還是有差別的，形成錨桿單個(gè)作用，在不同錨固力的錨桿的作用下，會(huì)使頂板受到剪切而損壞，不能形成完整的支護(hù)體。在同等巖性的條件下，每根錨桿的支護(hù)半徑不同，這就要求有合適的支護(hù)密度。如果錨桿密度過(guò)大，不但不會(huì)加強(qiáng)錨桿的支護(hù)效果，還會(huì)對(duì)頂板造成破壞。錨桿密度過(guò)小，則達(dá)不到應(yīng)有的支護(hù)效果。

　　由此看出，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)不合理，很難保證錨桿的支護(hù)效果，所以，在施工過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)地修定錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)。

　　2.2.2地質(zhì)條件及爆破因素的影響

　　東一采區(qū)30#煤層煤質(zhì)相對(duì)較硬，但頂板為28#采空區(qū)，層間距為8米，在掘進(jìn)中由于受壓力影響，施工后的巷道兩幫片幫嚴(yán)重，兩幫片幫深度0.1-0.3米，炮掘時(shí)受炮轟波對(duì)錨桿附近圍巖的沖擊，局部錨桿出現(xiàn)螺母松動(dòng)，預(yù)應(yīng)力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致錨桿失效。因此及層、節(jié)理發(fā)育不能實(shí)現(xiàn)光爆及受上部采動(dòng)壓力影響，煤層深度及風(fēng)化脫落是錨桿失效的原因之一。

　　2.2.3施工質(zhì)量因素

　　錨桿支護(hù)的施工工藝較繁瑣，人為因素多，如錨桿直徑的選擇要做到“三徑匹配”，即錨桿直徑、鉆孔直徑、鉆頭直徑三者匹配。三徑不匹配，錨桿的錨固長(zhǎng)度、錨桿和圍巖的結(jié)合程度就會(huì)偏離設(shè)計(jì)值，降低錨桿的承載力，當(dāng)圍巖來(lái)壓時(shí)，錨桿易造成失效。錨桿眼內(nèi)粉末的處理程度，樹(shù)脂藥卷攪拌時(shí)間的控制，錨桿眼的角度，水及油脂對(duì)錨固劑的影響，緊固設(shè)備的失效，錨桿預(yù)應(yīng)力的大小及初錨力的大小，托盤(pán)與巖面接觸的緊密程度。每一道工藝的實(shí)施對(duì)錨桿支護(hù)質(zhì)理的影響均較大，眾多的人為因素是易出現(xiàn)偏差導(dǎo)致錨桿失效，因此說(shuō)工藝誤操作導(dǎo)致錨桿失效的概率很大。

　　綜上分析，支護(hù)材質(zhì)的選定及錨桿間、排距的確定，合理與否是避免錨桿失效的關(guān)鍵，施工工藝及機(jī)具與支護(hù)材料的匹配，地質(zhì)條件是錨桿是否出現(xiàn)粘結(jié)破壞，錨空失效關(guān)鍵。

　　3.降低錨桿失效的基本途徑

　?。?）上述分析中，運(yùn)用錨桿懸吊理論計(jì)算結(jié)果及松動(dòng)圈理論表明，不同的巷道斷面不同的圍巖性質(zhì)在確定錨桿支護(hù)參數(shù)時(shí)，要依據(jù)理論計(jì)算，對(duì)支護(hù)參數(shù)加以修下，不可千篇一律，合理確定錨桿參數(shù)，可避免或減少錨桿失效。

　?。?）巷道開(kāi)掘后，巷道圍巖中應(yīng)力狀態(tài)，由原來(lái)的三向應(yīng)力變成二向應(yīng)力，頂板下位巖層受水平應(yīng)力作用，巖層容易失穩(wěn)破壞，錨桿的作用就是在失去一向應(yīng)力的方向上，給巖層提供一個(gè)約束力，來(lái)提高巖石強(qiáng)度，使巖層形成能承載的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

　?。?）由于爆破后對(duì)錨桿質(zhì)量的影響很大，因此提高掘進(jìn)機(jī)械化程度，炮掘后及時(shí)對(duì)原錨桿支護(hù)進(jìn)行二次緊固，從而減少錨桿的失效率。

　?。?）合理匹配錨桿直徑、鉆孔直徑、鉆頭直徑三者之間的尺寸，通過(guò)試驗(yàn)的方式選取錨固力最大的三者匹配關(guān)系，施工工藝中的人為因素，一是通過(guò)引進(jìn)設(shè)備，減少人為因素。另一方法通過(guò)嚴(yán)格的操作培訓(xùn)，提高員工的業(yè)務(wù)素質(zhì)，把誤操作降低到最小化，從而降低錨桿失效率。

　　（5）配齊各種檢測(cè)工具，如錨桿拉力計(jì)、力矩搬手等，確保小班的施工質(zhì)量驗(yàn)收。

　　建立完善的小班質(zhì)量驗(yàn)收和專(zhuān)職工程師質(zhì)量把關(guān)制度，使錨桿施工質(zhì)量有管理、有檢測(cè)、有記錄、有落實(shí)。煤巷錨桿支護(hù)各項(xiàng)施工工藝必須嚴(yán)格按照掘進(jìn)工作面作業(yè)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，錨桿安裝角度、間排距、錨桿的有效支護(hù)長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度、錨桿距工作面距離必須嚴(yán)格按規(guī)程施工。建立完善的煤巷錨桿支護(hù)的礦壓監(jiān)測(cè)制度，評(píng)價(jià)支護(hù)效果，加強(qiáng)日常監(jiān)測(cè)，及時(shí)修正錨桿設(shè)計(jì)，有效地避免因錨桿后期失效而造成的頂板事故。

　　4.結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)上述對(duì)錨桿失效原因分析及控制可知，合理地設(shè)計(jì)錨桿參數(shù)，并根據(jù)地質(zhì)變化及時(shí)變更錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)對(duì)錨桿支護(hù)材質(zhì)的檢測(cè)、加強(qiáng)施工管理和施工人員的技能培訓(xùn)，對(duì)于逐步降低錨桿失效率，提高錨桿支護(hù)巷道支護(hù)質(zhì)量。