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《煤礦開采雜志》2014年第三期

1原因分析

1.1地質(zhì)條件由于斷層的存在使得14505軌道巷層位發(fā)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(hào)煤被抬升，14505軌道巷頂板變?yōu)?號(hào)煤層。(2)右?guī)湾^索全部打在5號(hào)煤層內(nèi)，該煤層較軟，不利于成孔。(3)巷道中間及左側(cè)錨索孔，穿過3個(gè)煤巖交界面，且都在錨固段內(nèi)。由于煤層及頂板賦存不穩(wěn)定，為了進(jìn)一步了解頂板圍巖結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，采用電子鉆孔窺視儀對(duì)斷層附近巷道正中間頂板的9m范圍內(nèi)煤巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)觀測，結(jié)果顯示，巷道頂板煤巖層節(jié)理裂隙比較發(fā)育，如圖2所示。巷道頂板0～2.8m為5號(hào)煤層，平均單軸抗壓強(qiáng)度10.42MPa;2.8～3.6m為碳質(zhì)泥巖，黑色，疏松塊狀，含碳量較高，裂隙發(fā)育，巖層完整性較差;3.6～4.0m為4號(hào)煤層;4～6.5m為碳質(zhì)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(fā)現(xiàn)，巷道頂板右側(cè)錨索孔在4m左右出現(xiàn)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(dǎo)致錨索錨固力存在達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的情況，當(dāng)張拉到30MPa(對(duì)應(yīng)120kN)時(shí)張拉力不再增加。從以上分析可以看出，由于巷道圍巖強(qiáng)度較低，且節(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致錨索孔成型后過大，使錨索的錨固力不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而影響錨索高預(yù)緊力的施加，最終影響整個(gè)錨網(wǎng)索的支護(hù)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(tài)不同，索體表面光滑無橫肋。榮冠等人研究結(jié)果表明［5］，由于螺紋鋼錨桿表面螺紋起伏使其與粘結(jié)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(qiáng)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(gè)原因。

1.3樹脂錨固劑性能井下使用2種不同廠家生產(chǎn)的樹脂錨固劑，為了研究樹脂錨固劑的錨固性能［4］，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)樹脂錨固劑抗壓強(qiáng)度及抗拔力進(jìn)行試驗(yàn)。按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，把甲乙2個(gè)廠家的樹脂錨固劑各做3組40mm×40mm的立方體試塊，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為22℃左右，放置時(shí)間為24h，抗壓強(qiáng)度不得小于60MPa，試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)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(qiáng)度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，即抗壓強(qiáng)度不小于60MPa，其中2組樹脂錨固劑的抗壓強(qiáng)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(qiáng)度波動(dòng)性較大，其中兩組樹脂錨固劑的抗壓強(qiáng)度大于90MPa，另一組小于40MPa，低于樹脂錨固劑抗壓強(qiáng)度要求。對(duì)不同廠家的錨固劑做抗拔力試驗(yàn)，采用內(nèi)徑30mm的鋼管，錨桿采用22mm，屈服強(qiáng)度500MPa左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，錨固長度125mm，錨固時(shí)間為2h，抗拔力不得小于100kN。試驗(yàn)結(jié)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(yàn)均大于130kN，能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求(抗拔力應(yīng)大于100kN)，且3組錨固劑抗拔性能比較穩(wěn)定，抗拔力峰值沒有明顯波動(dòng);乙廠家樹脂錨固劑3組抗拔力試驗(yàn)曲線波動(dòng)性較大，其中兩組試驗(yàn)的抗拔力小于82kN(1組為81kN，1組為67kN)，另外一組試驗(yàn)的抗拔力符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其值為120kN。可見，樹脂錨固劑性能不穩(wěn)定也是影響錨索錨固力達(dá)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(wěn)定的原因有3個(gè):一是煤巖層強(qiáng)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(wěn)定。針對(duì)以上原因，提出以下解決途徑:(1)由于頂板賦存不穩(wěn)定，導(dǎo)致錨索錨固段處于強(qiáng)度較低的層位時(shí)，可以動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)錨索長度使錨固段處于巖層強(qiáng)度相對(duì)較高的層位。王村煤礦14505軌道巷在斷層段，通過窺視和強(qiáng)度測試發(fā)現(xiàn)頂板4～8m范圍為泥質(zhì)砂巖，強(qiáng)度為28MPa左右，相對(duì)較高，因此將錨索長度由5.3m變?yōu)?.3m，錨索抗拔力可以達(dá)到180kN以上。(2)為增大錨索索體與錨固劑的粘結(jié)面積，提高錨固力，通過改變錨索錨固段表面形態(tài)將錨索錨固段改裝成“鳥籠狀”，可顯著增加錨固強(qiáng)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?yōu)椤傍B籠狀”，錨固力也可以達(dá)到180kN。(3)目前，隨著我國煤炭行業(yè)對(duì)樹脂錨固劑需求的不斷增加，生產(chǎn)樹脂錨固劑的廠家有上百家，各廠家生產(chǎn)的樹脂錨固劑質(zhì)量存在明顯差異。因此，要選擇規(guī)模大、實(shí)力雄厚、具有多年生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)的廠家，并經(jīng)過井下錨固力試驗(yàn)來確定樹脂錨固劑的用量和錨固劑規(guī)格、型號(hào)。將以上措施應(yīng)用于井下，完全解決了錨索錨固性能不穩(wěn)定的問題，提高了安裝錨索的成功率，減少了打孔數(shù)量，提高了支護(hù)速度。

3結(jié)束語

(1)當(dāng)頂板煤巖層松軟破碎強(qiáng)度較低時(shí)，錨索錨固力會(huì)明顯下降，解決好錨索錨固力問題是保證支護(hù)效果的前提。(2)影響錨索錨固力的因素有很多，加強(qiáng)錨索錨固力的現(xiàn)場試驗(yàn)來確定錨索支護(hù)參數(shù)是最真實(shí)、可靠的辦法。(3)通過對(duì)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(shè)計(jì)和施工提供了重要的參考，并希望能引起有關(guān)技術(shù)人員的重視，加強(qiáng)對(duì)錨索錨固力設(shè)計(jì)的關(guān)注和現(xiàn)場施工的管理。

作者：王海寧汪占領(lǐng)孟憲志單位：陜煤澄合礦業(yè)有限公司生產(chǎn)部天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部