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深部高地压巷道锚索支护技术对策

作者:未知

  摘要:采用胀壳式端头机械锚索及与其配套的孔壁注浆锚固技术,可实现锚索的全民锚固,提高锚索内锚固的可靠性和锚索的内锚力;采用箱形梁锚索组合结构,可提高锚索支护外锚结构的强度、刚度和整体性,能有效地将巷道围岩表而压力绝人部分转移到围岩深部。从技术上有效解决煤矿深部巷道锚索支护难题。
  关键词:高地压巷道;锚索支护;全长锚固
  当前,随着矿井的不断延深,地质条件与采矿条件较浅部发生较大变化,锚索支护技术暴露出越来越多的问题,如:深井高地压锚索支护巷道的变形难以有效控制,巷道垮落及巷道支护事故不断增多,锚索布置密度己增加到不能再增加的程度,钢绞线的直径己经增大到22-28mm。锚索支护的实际情况也表明,现有的锚索支护技术己经不能满足煤矿深部高地压巷道的支护要求,急需提出技术改进对策来与其相适应,从而保证深井高地压巷道的安全高效支护。
   1 孔壁注浆锚索
  现在的锚索支护技术即锚索的布置、锚索的支护参数、锚索的组合结构、锚索的安装机具等,不能满足深井巷道围岩控制与支护的技术要求。因此,需要就锚索的锚固结构、锚固工艺、组合结构等进行技术改进。
  目前我国煤矿大量使用的小孔径树脂锚固预应力锚索存在锚固剂深部无法充分搅拌、锚固长度受巷高限制等问题,从而导致锚固性能与錨固力的不确定性[1]。为了解决现有煤矿锚索锚固技术中存在的问题,国内近年来研制出了中空注浆锚索,虽然在一定程度上克服了现有锚索的上述缺点,但也存在索体破断力低、注浆孔易堵塞、成本高等缺点。
  孔壁注浆锚索可以避免上述现有技术所存在的缺陷,其杆体仍采用高强度预应力钢绞线,通过合理设置注浆孔对钢绞线与孔壁之间的环状间隔进行注浆,保证注浆通道畅通,以便能够压注较高粘度、较低水灰比的砂浆,浆液析水率低,结石体强度较高,注浆堵塞可能性低,可以提高锚索的锚固强度,并降低锚索制造成本[2]。
  孔壁注浆锚索由钢绞线与锚索注浆垫板、孔口管、密封圈组成。锚索注浆垫板上钻锚索孔,用以安装钢绞线。同时,锚索注浆垫板上还钻有注浆孔,注浆孔为一直角弯孔,其一端与锚索孔垫板中间的锚索孔相连通,另一端安装注浆管,对锚索孔进行注浆。孔口管与锚索垫板焊接在一起。孔口管上车有沟槽,可以安装密封圈,用以封堵孔壁间隙,阻止注浆液从孔口管与孔壁之间的间隙泄漏。锚索垫板上的钢绞线安装孔车有台阶,里面安装有特制的钢绞线密封圈,用以堵塞钢绞线与垫板锚索孔之间的浆液泄漏。
  孔壁注浆锚索是在现有的锚索安装技术及安装工艺基本不变的情况下,在锚索完成部分长度的树脂锚固以后,通过安装兼有封孔、注浆、垫板三重功用的锚索注浆垫板,实现通过锚索孔注浆的锚索全长锚固。与己有技术相比,孔壁注浆锚索具有以下创新性和先进性:1通过采用高强度预应力钢绞线作为锚索杆体,保留了煤矿巷道支护锚索的优良的机械性能和锚固性能,提高了锚索的支护强度和破断力;2采用孔壁注浆锚索,锚索的锚固深度和锚固长度不受限制;可有效提高锚索的锚固强度;3锚索的锚固介质的粘结性能及锚索的锚固质量稳定可靠;4通过锚索孔内钢绞线与孔壁之间的环状通道进行注浆,注浆通道畅通,提高锚索的注浆效率;5孔壁注浆锚索制造成本较低。
   2胀壳式机械锚固锚索
  目前煤矿井巷支护中采用的树脂锚固锚索存在如下问题:一是锚固剂安装困难,有的锚固剂不能全部顺利地到达锚固位置,造成锚索部分失锚;二是受到巷高限制,锚索的锚固长度受到限制,进而限制了锚索锚固力的提高;三是锚固剂包装袋不能全部搅拌碎,影响和降低锚索粘结力。
  胀壳式锚索属于端头式机械锚固锚索,可以避免树脂锚固锚索在实际使用中所遇到的上述问题。胀壳式锚索由钢绞线、锚头、钢丝套、锥形压套、锥形瓣壳、弹簧片等构成。钢丝套套装在钢绞线上,在钢丝套外面安装锥形压套。锥形压套通过相应模具的高压碾压,将锥形压套通过钢丝套与钢绞线紧密地咬合在一起。
   3 锚索组合箱形梁及其联接
  采用箱形梁结构作为锚索的组合梁,可以大幅度提高锚索组合结构的强度和刚度。为此,将现在的槽钢梁改为箱形梁。箱形梁可用7号π型钢梁与扁钢组合焊接而成,也可采用其他型钢焊接组合而成。这种箱形梁,如果采用间距为lm的三点式加压试验,其抗弯强度可达到100kN左右,比普通槽钢梁的抗弯强度提高5-10倍。目前组合锚索的结构主要是槽钢梁与锚索组成锚索析架:一梁二索或一梁三索。这在土程力学分析上可以称之为两跨梁结构。如果假设巷道顶板压力是均匀地作用十锚索梁上,则这种组合锚索结构可以简化为承受均布载荷的两跨梁。
   4 结束语
  通过对锚索锚固机理、锚固结构及锚固工艺等进行基础性实验研究,提出了以孔壁注浆锚索技术为核心的煤矿深部高地压巷道锚索支护技术改进对策,包括:孔壁注浆锚索及其锚固技术;胀壳式端头机械锚固锚索及其安装技术;铰接箱形梁组合锚索支护技术。
  参考文献:
   [1]邵德盛,杨张杰,聂建伟,杨永刚,赵磊.煤矿深部高地压巷道锚索支护技术对策研究[J].煤矿开采,2018,23(05):57-60.
   [2]李军伟.深部煤矿巷道失稳机理及围岩控制技术分析[J].煤炭与化工,2018,41(08):16-18.
   [3]冯培荣.浅谈煤矿深部开采中存在的问题与对策[J].能源与节能,2018(02):40-41.
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