浅谈锚喷在井巷巷道支护中的实践和应用

浅谈锚喷在井巷巷道支护中的实践和应用

嵩县山金矿业有限公司主竖井井深700米，随着开采深度的增加，井巷道岩石逐渐趋向破碎岩，开采、支护成本也随之增大。针对岩石实际状况，通过因地制宜地采用锚、网、喷等多种形式，改变锚喷的工艺和支护参数，通过加快施工进度，降低工程造价，通过加强技术管理与工程质量管理，提高巷道支护质量，保证采矿的安全生产，有效的降低巷道的维修费用，创造了较好的经济效益。

一、锚喷在支护中的重要意义。

锚喷支护是将锚杆安设在巷道围岩体内的杆状锚栓体系，采用锚杆支护的巷道,就是在巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼,然后将锚杆安设在锚杆孔内,对巷道围岩进行加固,以维护巷道的稳定性。锚喷支护的成功取决于严格按其各项技术要求施工，因此抓好锚喷支护的质量、进行支护工艺上的改进，已成为锚喷支护施工现场的管理人员和作业人员必须予以关注的问题，以便适应深部巷道矿压增大和围岩岩性的变化。概况讲锚杆具有以下作用：一是悬吊作用。悬吊作用是指将要冒落的围岩或者软弱岩层,用锚杆悬吊于上部的坚硬岩体上,由锚杆来承载围岩或者弱岩的重量；二是组合梁作用。可将平顶巷道层状顶板看作是由巷道两帮为支点的叠合梁,在荷载作用下,各层板梁都单独弯曲,每层板梁的上下缘分别处于受压和受拉状态。但是用锚杆将各组合板梁压紧之后,在荷载作用下,就如同一块板梁的弯曲一样,提高了板梁的抗弯强度,可以提高顶板岩层的承载能力；三是挤压加固拱作用。在巷道周围系统地布置锚杆,使巷道拱部节理发育的岩体连接在一起,便在一定的范围内形成一个连续的、具有一定自承能力的拱形压缩带,使巷道围岩由原来作用在支架上的荷载变成了承载结构,以支承其自身的重量和顶板压力；四是减跨作用。在巷道内安设锚杆,能够减少压力拱的高度和跨度。如在巷道跨中打一根锚杆,相当于在该处打一根支柱,使原来的拱分为两个小拱,小拱的跨度为原拱的一半。如果打三根锚杆,就相当于将原来的巷拱分成四个小拱,压力拱的跨度为原拱的四分之一,同时压力拱的高度也明显降低；五是围岩补强加固作用。巷道深处围岩内的岩石处于三向受力状态,而靠近巷道周边的岩石则处于二向受力状态,后者的强度远远小于前者,因此容易受破坏而丧失稳定性。在巷道内安设锚杆后,有些围岩又部分地恢复为三向受力状态,增强了自身的强度。此外,锚杆还可以增强岩层弱面的抗剪强度,使巷道周边的围岩不易破坏和失稳。

二、锚杆支护设计方法

(一)现有锚杆支护设计方法的评价

目前巷道锚杆支护设计主要以工程类比法和理论分析法为主,不能满足现场生产实际需要,主要表现在如下两个方面:一是用于设计的基础参数是巷道周围某几个点(甚至仅一个点)的综合地质技术资料的平均值,设计出的锚杆参数为整条巷道服务。一方面导致巷道绝大部分区域设计的锚杆参数过高,不但浪费了大量材料,增加了支护成本,也降低了巷道的掘进速度;另一方面又使巷道的某些

局部地质技术条件变化区域设计的锚杆支护参数不足,引发局部冒顶事故；二是依据的基础性参数缺乏定量化评价指标,导致锚杆支护参数设计缺乏科学、合理和确定性。尽管近年来出现的锚杆支护动态设计法已在我国部分矿区得到实践,但实际应用效果并不理想。因此,需要使用更可靠的煤巷锚杆支护设计方法,保证设计的可靠性。

(二)全线信息跟踪设计方法

该设计方案摒弃了其他设计方法的缺点,是一种全新的设计理念与现代信息技术完美结合的产物。设计步骤如下:一是全面分析基础地质技术数据,不是取各项参数的平均值,而是将其分成最佳条件和最差条件；二是用工程类比法确定锚杆的初始参数；三是不断进行现场实测,获得应力、同岩、支护三者相互作用结果的综合信息；四是根据实测信息,进行支护效果评价；五是依据支护效果评价,用计算机重新设计巷道待掘进部分的锚杆支护参数,并及时调整已支护部分的设计参数。

三、锚杆支护工艺有待改进在岩巷掘进中，采用光面爆破锚喷支护，在金属采矿的使用越来越广泛。目前根据巷道不同性质的围岩，采用锚、网、喷等多种形式，也使锚喷支护技术得到进一步的发展。随着矿井开采水平的不断延深，地压也随之明显增大，有些锚喷巷道出现明显的压力显现，例如喷体开裂、巷道变形等。这些现象的出现，不仅增加了巷道维修费用，而且直接影响了正常的安全生产。通过调查也发现，除因地压大而压坏喷层外，还有不少是因锚喷施工质量低劣而导致破坏的。重点抓好以下四方面工艺：一是潮料喷射工艺。潮料喷射混凝土是减少物料回弹（尤其是其中石子的回弹）、提高混凝土强度的有效措施。同时能降低空气中粉尘浓度，减少物料对输送管与喷射机具的磨损。采用这项工艺，经济效益是很显著的。但由于喷混凝土拌料时，末使用与之配套的搅拌设备，潮料喷射始终很难达到要求，使得这一项先进的工艺一直未能在现场取得应有的成效；二是近距离喷射工艺。采用此项工艺，可以减少混凝土喷射束的散射，有利于降低喷浆料的回弹率。同时它还能降低空气中的粉尘含量。喷头与受喷面的最佳距离是根据喷射混凝土强度最高和回弹率最小来确定的，一般在输料距离20～50米，供气压力0.12～0.18Mpa，经验数据喷距0.6～1.0米最佳。如果距离过小，粗骨料喷射时所受空气阻力很小，喷射动能很大，造成回弹率大，如果距离过大，喷射的骨料所受的空气阻力过大，相应的喷射动能而无法嵌入混凝土。要实现近距离喷射，除加强对喷射手的责任心与技术教育外，还要采取切实可行的措施解决喷射中存的问题，使这一项工艺在现场能得以很好地采用；三是一次喷射厚度的工艺。喷射时，围岩表面立即粘结成一层喷射混凝土。如果喷头移动过慢，粘结的混凝土层会愈粘愈厚，直到混凝土支持不住本身的重量，影响混凝土的粘结与凝聚。如果喷头移动的过快，在围岩面上只留下一层砂浆，大部分的骨料回弹，等薄层硬结后，再复喷必然会增加回弹率，影响效果。因此，一次喷射混凝土应有一定的厚度，其厚度可根据岩性、围岩应力、巷道规格尺寸、喷射的角度等来确定。锚喷两次支护也是根据上述机理提出的。巷道开挖后立即初喷一薄层砂浆或混凝土，并安装锚杆。这样利用喷层和锚杆的柔性特点，允许围岩有一定量的变形，以改善围岩内部的应力分布状况，并控制围岩有较大的变形发展。由此达到发挥围岩自承拱的承载能力的目的，以减少对二次永久支护层的压

力。四是锚杆支护工艺改进。在锚杆——喷射混凝土支护的巷道中，锚杆所发挥的支护作用是为人所共知的。过去我们主要使用的钢丝绳、管缝锚杆，由于其施工方便，便于机械化作业，提高了掘进速度，为我们矿区锚喷支护技术的发展起到了积极的促进作用。然而，经过几十年的应用也逐渐暴露出管缝锚杆存在着许多无法克服的缺点。由于管缝锚杆是靠管径的弹性变形产生的管壁和钻孔岩石表面之间的磨擦阻力锚固围岩的，在材质、加工和安装质量方面都难以达到设计要求，而且耐腐蚀性差，导致锚固力降低，支护质量不稳定。因此采用高初锚力、高强度的树脂螺纹钢锚杆替代管缝锚杆可以提高支护质量,其屈服荷载、破断荷载大大高于普通锚杆，特别是在锚杆尾部螺纹部分经过强化热处理后，其强度高于杆体强度，并能保证必要的延伸率，使锚杆支护的安全可靠性进一步提高。四、锚喷现场施工管理严格的质量管理是提高工程质量的首要保证。金矿施工的特点是地下分散作业，严格执行施工制度与落实措施更为重要。锚喷支护在质量管理上还有不少薄弱环节亟待加强。 （一）喷射混凝土的质量管理一是混合料的配合比由于喷射混土施工工艺的特点，在选择喷射混凝土配合比时，既要满足支护结构对喷射混凝土的物理力学性能方面的要求，又要考虑喷射混凝土施工工艺方面的要求，而使喷射混凝土具有足够的抗压、抗拉、粘结强度，又使喷射混凝土收缩变形值保持最小，喷射作业时的回弹率也最低。喷射混凝土的配合比不但决定喷射混凝土的强度，也是确定其成本高低的重要因素。喷射混凝土的成功依赖着许多变化的因素，其配合比是在诸多因素中起着主导作用的。水泥：砂：石子的配合比一般为1:2.2:2.4，水灰比0.51:1。这是积多年施工经验总结出的多数场合下的最佳配合比。它能保证喷射混凝土的强度，能够控制围岩的变形与松弛，并能降低回弹率，达到节约材料之目的。但我们在现场调查中却发现，有相当一部分区队没有按这一配合比拌料，种种严重违反操作规程和工艺要求的举措，使得喷射混凝土的根本得不到保证。这些不但浪费了大量的材料，还给生产和安全造成了隐患。因此建议：一是喷射混凝土的拌合要使用专用搅拌机，要严格按配合比随拌随用；二是加强石子的级配管理，对于含石粉、泥土的石子、砂子要事先冲洗干净，做到不合格的料不下井；三是加强对管理人员与施工人员的技术培训和思想教育、提高他们的技术素质、质量意识与执行规程的自觉性；四是严格按质量标准加强对喷射混凝土质量的检查，严格进行试块强度检测，不得弄虚作假。