1、    淺析錨桿支護工藝    摘要：錨固工程失事的原因很多，本文分析了錨桿在螺母緊固根部斷裂的原因，重點分析了由于支護工藝不合理造成的支護失效，提出了規范的錨桿支護工藝。關鍵詞：掘進巷道 錨桿支護 支護工藝1 概述錨桿支護的主要作用是控制錨固區圍巖的離層、滑動、張開裂隙等擴容變形與破壞，在錨固區內形成次生承載層，最大限度的保持錨固區圍巖的完整性，避免圍巖有害變形的出現，提高錨固區圍巖的整體強度和穩定性。為此，應采用高強度、高剛度的錨桿支護組合支護系統。高強度要求錨桿具有較大的破斷力，高剛度，要求錨桿具有較大的預緊力。錨桿支護是通過錨桿給圍巖施加一定的壓

2、應力，改善圍巖的應力狀態，所以，錨桿支護不僅錨桿要有較大的破斷力，更重要的是必須有科學的施工工藝，才能保證有較合理的預緊力。錨桿支護工藝及技術不規范，不達標，會導致錨桿的支護質量達不到設計要求，使頂板支護失效。錨桿支護具有成本低、支護效果好、操作簡便、使用靈活、占用施工凈空少等優點，使得錨桿支護在井巷支護得到廣泛應用。澳大利亞4e00系列四臂錨桿機，因其安全、高效，在神東及周邊礦區廣泛引用。但據筆者調查，發現幾乎所有使用該型錨桿機的施工單位，沒有能夠正確掌握錨桿支護施工工藝，自然錨桿支護質量達標率低，頂板管理隱患大。2 井巷掘進基本情況神東礦區位于晉、陜、蒙三省區交界，位于鄂爾多斯大型聚煤盆地

3、的東北部，均發育于鄂爾多斯盆地延安組，煤層頂板巖性多為細砂巖、粉砂巖、砂質泥巖，有少量的泥巖及中粗砂巖，地質構造簡單，巖層裂隙不發育，屬于堅硬巖石類型。但礦區煤層埋藏淺，以薄基巖厚松散層為主要地質特征，具有松散層內含水局部較厚的水文地質特征，極易發生涌水潰沙事故，頂板管理困難。由于神東礦區掘進及回采設備配套主要為進口美、德、澳等國，為實現高產高效，設備機型較大，為便于高效快速運輸，掘進巷道寬度設計多為5-6m，巷道頂板支護主要選用錨桿錨固，特殊地段加設錨索鋼帶或網片支護。3 神東哈拉溝煤礦錨桿支護問題神東哈拉溝煤礦12煤102、103順槽巷道寬為5.4m，巷高為2.4m，由于頂板破碎，設計支護

4、方式為錨桿加鋼筋網、錨索加鋼帶聯合支護。巷道掘好放置一段時間后，多處錨桿出現在緊固螺母處斷裂的現象，頂板支護嚴重失效，頂板有冒落下沉的重大安全隱患。預應力錨桿結構由錨固段、弧拉段（自由短）和錨頭組成。一般情況下錨固工程失事案例發生在錨頭或張拉段（自由段）近端，從而易產生突發性破壞。但12煤現場撿獲的錨桿斷頭實物，全部在螺母緊固根部斷裂。12煤使用錨桿型號為msglw-235/16，材質為q235，查驗檢驗報告符合標準質量，問題主要應為支護工藝有疏漏。為了弄清錨桿斷裂原因，消除由于錨桿安設問題而存在的安全隱患，對此問題進行了調研、測試、分析。3.1 barton和choubey通過結構面抗剪強度

5、測定模型試驗，提出了計算結構面抗剪強度的經驗公式（1）：=ntanb+jrclg（jcsn） （1）式中：為結構面抗剪強度（mpa）；jrc為結構面粗糙度系數；jcs為結構面兩側巖體的抗壓強度（mpa）；n為作用在結構面上的正應力（mpa）；b為巖體的內摩擦角（°）。設錨固承載層的抗壓強度為jcs1，錨固巖（土）體抗壓強度為jcs2，承載層與錨固巖（土）體構成一個有機整體，其等效抗壓強度為jcs=min（jcs1，jcs2） （2）錨固承載層剛度較小，即jcs1=n< jcs2時，jcs=n，lg（jcsn） =0。錨固承載層剛度較大，即jcs1=n>jcs2時，jcs=

6、jcs2，lg（jcsn） <0。因此，預應力錨桿所施加的壓力如果過大，不僅對承載層材料要求很高，而且在界面抗剪切能力反而減小，因此，應盡量小于巖土體的抗壓強度。神東公司根據所屬礦井的地質結構，及m16/5.6普通碳鋼螺栓扭矩，測算規定，16錨桿的預緊力為100n.m。3.2 根據走訪調研該礦及周邊礦井，所有使用四臂錨桿機的掘進隊，均不清楚規范的支護工藝。各隊存在共性問題為：錨桿機普遍不完好。鉆箱手動旋轉減壓閥損壞，壓力表短缺。鉆箱手動減壓閥壓力調整不當，有的過大有的過小，沒有一個合適的。部分司機不清楚規范操作流程，使用自動打鉆緊固螺母。錨桿機壓力表裝設不規范，不能有效實時監測負載壓力變

7、化情況，指導司機操作。3.3 根據現場實際檢測，當自動打鉆時，馬達最大壓力能達到160-180bar。當自動打鉆壓力為180bar時，實際預緊扭矩達到250n.m以上。根據測試情況及現場斷裂情況分析，12煤錨桿斷裂可能有以下原因：利用自動打鉆緊固錨桿時扭矩過大。4.8級的常用螺栓準用扭矩值為98n.m，而實際自動打鉆時扭矩能達到250n.m，遠遠高于準用扭矩值，導致錨桿在預緊時絲桿損壞。錨桿材質達不到要求，錨桿絲桿強度不夠。由于頂板破碎，凹凸不平，錨桿安裝角度不正確，傾斜度過大，或托盤與錨桿不垂直，導致錨桿在緊固時，絲桿受剪切力較大，損壞絲桿，導致在頂板來壓時提前斷裂。（見表1）3.4 馬達的

8、實際輸出轉矩t=p*v/2*m，式中p為馬達進出口壓力差，v為排量（m3/s），m為液壓馬達的機械效率。可以看出，不同的馬達，由于使用時間、制造精度（裝配精度）、系統配合（回液管路及濾芯、其他回路的跑冒滴漏）等狀況的差異，均會導致p、m的不同，所以，不同的馬達在相同的系統中運行，會有不同的輸出扭矩。圖1為該礦連采一隊錨桿機手動打鉆時，馬達壓力（bar）與實際預緊力（n.m）之間的曲線圖，紅線為1#鉆機測試所得數據，粉線為2#鉆機所得數據。4 結語提高錨桿支護強度，在很大程度上取決于錨桿支護的科學合理的支護工藝，根據以上分析，掘進隊必須做到：重新修訂錨桿機操作規程，必須是自動鉆孔，手動緊固錨桿，并及時貫徹落實。要求操作規程詳細描述操作流程，可操作性要強。檢修工要加強錨桿機日常檢修維護，保證設備完好。尤其壓力表能實時監測負載情況（壓力表接在msl孔上），將每個鉆箱的壓力與扭矩對照表張貼到錨桿機司機打鉆時方便看到的地方，便于操作工及時掌握操作壓力，對照測試扭矩表，能及時掌握錨桿扭矩，減少重復勞動，提高功效。檢修工每天矯正鉆箱手動減壓閥壓力，確保錨桿緊固到位，預緊力合格，支護效果好。通過現場實測情況，建議壓力調整在8