锚喷支护的特点及应用.pdf

第 2 7 卷第 6期 2 0 0 8年 6 月 煤炭技 术 C o a l T e c h n o l o a v V 0 】 ． 2 7． No ． 6 J u n ， 2 0 0 8 锚 喷 支 护 的 特 点 及 应 用 侯斌 ，刘永立 黑龙江科技学院 资源与环境工程学 院 ，哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘要 简述 了锚喷支护 的特点 ， 分析了其作用机理 、 结构形 式和喷 、 锚 、 锚 网喷支护 工艺 ， 介 绍了锚 喷支护技术 在 煤矿松软破碎带 、 冒顶处理中的应 用情况 以及工艺改进后取得 的社会 和经济效益 。锚 喷技 术 的推 广及应用 ， 已在 煤炭行 业取得了显著效果 ， 使施工安全 和工程质量得 到保证 ， 具有很 高的安全效益 和经 济效益 ， 其经 验值得借鉴 和 推广。 关键词 巷道支护 ；锚喷支护 ；围岩变形 中 图分类号 T D 3 5 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 8 0 6 0 0 5 4 0 1 Cha r a c t e r i s t i c a n d Ap p l i c a t i o n o f An c ho r a n d S p r a y S u p p o r t HO H Bi n，L I U Yo n g l i C o l l e g e o f Re s c o u r e e s a n d E n v i r o n me n t E n g i n e e r i n g ，He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n s t i tu t e I Ha r b i n 1 5 0 0 2 7 I C h i n a Ab s t r a c t T h e a r t i c l e h a s fir s t s u mma riz e d t h e a n c h o r a n d s p r a y s u p p o rt c h a r a c t e ris t i c s ．h a s a n a l y z e d i t s a c t i o n me c h a n i s m，t he s t r u c t u r i o n，t h e a n c ho r ，a n c h o r c a b l e a n d s p r a y s u p p o rt c r a f t ，i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n s i t u a t i o n o f t h e a n c h o r a n d s p r a y s u p p o rt t e c h n o l o g y i n t h e c o a l mi n e s o ft c r u s he d z o n e a n d i n t he c a v i n g t r e a t me n t ，t he s o c i e t y a n d t h e e c o n o mi c e ffic i e n c y wh i c h i s o b t a i n e d a f t e r t h e c r a f t i mp rov e me n t ．Th e a n c h o r a n d s p r a y t e c h n i c al p r o mo t i o n as we l l a s t h e a p p l i c a t i o n，h as o b t a i n e d t h e r e ma r k a b l e e c o n o ml c a l e ffe c t i n t h e c o a l p rof e s s i o n，ma k e t h e c o n s t ruc t i o n s e c u ri t y a n d t h e p r o j e c t q u a l i t y o b t a i n t h e g u a r a n t e e ，h a s t h e v e r y h i g h s e c u r i t y a n d e c o n o mi c e ffic i e n c y，i t s e x p e ri e n c e i s wo rt h f o r r e f e r e n c e a n d p o p u l a r i z a t i o n Ke y wo r d s roa d wa y s u p p o rt；a n c h o r a n d s p r a y s u p p o rt；t r a n s f o r ma t i o n o f wa l l r o c k 0 引言 在煤炭工业 中 ， 从 新 井建 设开始 到 投入 生产 后 的全过 程 ， 都离 不开井巷施工 。井巷支护工作量约 占整个井巷施工 工作量 的 1 ／ 3 1 ／ 2 ， 井巷 成本 中支 护约 占 1 ／ 2 。传统的 以钢 材 、 木材 、 水泥为支护材料的支护方式 不仅 大量 消耗 了的“ 三 材” ， 而且亦大大增 强井下工 人 的劳动强 度。 目前锚 喷支 护 技术 已成为煤炭系统的主要 支护形式 ， 并且随着现场实 践和 理论研究的不断深入 ， 锚 喷技术将 日臻完 善 ， 其应 用前景无 疑会更为广 阔， 对于我 国煤 炭安全生产有 着重要意义 。 1 锚 喷支护 的特 点 锚喷支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称 ， 它之所 以比传统 支护优越 ， 主要是由于它在 机理 和工艺上具有一些 独特 的工作特性 。其 概括起来 说 ， 主要有及时性 、 密贴性 、 封 闭性 、 可分性、 适应性 、 组合性 、 经济性 和科学性 。 1 及时性 。喷射混凝 土、 喷射水泥浆 以及锚喷 ， 能及时 支护 、 甚至超前支护 插筋锚杆 ； 因此 ， 能够不失时机地为工 作 面创造 安全 的工作空 间。 2 密贴 性。喷层 与 围岩密贴 ， 是 一种强 度高 、 粘 结力 大、 抗渗性能强的薄层 支护 ， 能够将 围岩表 面的裂 隙粘 成整 体 ， 防止松动 ； 放 喷层 既提高 围岩的表面强度 ， 又具有一定 的 支护抗力 。 3 封闭性 。喷层 及时封闭 围岩 ， 具有 防火、 防水 、 防瓦 斯、 防风化 的性能 ， 从而 克服了软岩 怕水 、 怕震 、 怕风 化的缺 点 ； 及时封 闭围岩 ， 防止了环境效应对软岩的不 良影响 。 4 可分性 。喷层可多次喷， 先早喷薄喷 ， 使喷层具有柔 性 ， 同时锚杆也有一定 的让压性 ， 通 过应力 调整使 围岩趋 于 稳定性 ， 再 复喷达到设计厚度。 5 适应性 。锚喷支护可用于 不同岩性 、 不同断面、 不 同 用途 的各种地下工程。它既可作为支护体 ， 又可 作为I临时加 固等补强措施 ； 既可作 为I 临时支护 ， 又可作 为永久 支护或 永 久支护 中的一次支护； 既能承受静 载荷 ， 又 能承受动载荷 ， 放 其适应性非常强。 6 组合性。锚杆可 以和各种支 护形式组 合 ， 如 型钢 、 u 型钢 、 砌碹 、 弧板 、 金 属 网、 刚带等 ， 组 成各 种 形式 的联合 支 护。 7 经济性。锚 喷支 护是一种轻 型支护 ， 其重量 只有一 般承压式 支架 的 1 ／ 6 1 ／ 5 。断 面利 用 率高 ， 可减 少 工 程量 1 0 ％ 2 0 ％。锚喷支 护每 米巷道 直接成 本 只相 当碹体 支护 的 1 ／ 5 ， 相 当金属支架的 1 ／ 71 ／ 8 。 8 科 学性 。锚喷支护可以根据 围岩 收敛速率判断 围岩 稳定 程度 ， 修正锚喷参 数。利 用信 息反馈 法 ， 克服施 工的盲 目性 。 2 常用 的锚 喷结构形式 以及支 护工 艺 2 ． 1 常用的锚喷结构 五种形式 1 锚杆喷射混凝土支 护 用 于有一 定稳定 性 、 有一定 自承能力 的软岩 ， 如硬度较大 的煤 、 泥岩 、 砂质泥岩等 。 2 锚喷挂网支护 用 于强度较低 、 松 软破碎 、 风化较 快 的软岩 ， 如煤 、 炭质泥岩及节理细密的泥岩等 。 3 锚喷 u型钢可缩架 常用 于受 构造力影 响较集 中的 断层、 破碎带及陷落 柱中的施工 。 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 0 7 ； 修订 日期 2 0 0 8 0 4 0 2 作者简介 侯斌 1 9 8 5 一 ， 男 ． 陕西咸 阳人 ， 大四学生 ， 现就读于黑龙江科技学院。 维普资讯 第 6期 侯斌 ， 等 锚 喷 支护 的特 点及应 用 ‘ 5 5 ’ 4 锚 喷网 U型可 缩支架联 合支护 常用 于地应 力较 大或膨胀 变形较严 重的软岩地层。 5 高强锚杆 锚索联合 支护 常用 于厚 度较大 的煤层 中开 拓 施 工 。 2 ． 2施 工 工 艺 及 作用 1 初 期支护。巷道开挖后 ， 必须及时进行初喷混凝 土 ， 防止岩石 吸收空气 中的潮 气而发 生膨胀 风化 。保 证初 喷厚 度 ， 爆破面不平 的喷射混 凝土 时要补 平 ， 去除 围岩应力 集 中 点 ， 增强喷体的整 体强度 。有效地 阻止 围岩松 动 ， 确保临 时 支护安全 ， 起到释放部分 围岩应力 的作用。锚杆施工必 须保 证 足够 的预紧力及锚 固力 ， 将不稳定 岩层 悬 吊在较稳 定的岩 层上 ， 起到悬 吊组合 加固作 用和 控制 围岩变形 的作 用 ， 保 证 巷道 围岩 的稳定性 。锚 杆支 护距迎 头的距 离不得 大于一 排 锚杆距 ， 与初喷混凝土形成初期支护 。 2 一次支护。一次支护的时间按作业规定和初期支 护 围岩变形量 的变化 而确定。当在初 期支护 的控 制下 ， 初始 围 岩部分应力释放后 ， 巷道 出现变 形达到 一定程 度 ， 围岩基 本 趋 于稳定后 ， 可进行一 次支 护喷射 混凝 土工作 一 般距 离控 制在于 2 0 5 0 m范 围内。一次支护 混凝土喷射必 须拉线 ， 使巷道成型光 滑、 平整 、 无急角 。喷厚满足 技术 要求 ， 将巷道 从两底脚到拱顶一次复喷成型 。一次支 护喷浆时 ， 必须将初 期支护锚杆栓 丝 引 出喷层 外 ， 作 为布 置 二次支 护 锚杆 的标 志 。一次支护 的作 用 ， 使 巷道成 型 ， 继续 释放 围岩应 力 ， 阻止 巷道的进一步变形 。 3 二次支护 。围岩变形 达到 一定程度 时 ， 一 次支护产 生足够的承压能力 。根据巷道矿压显现 规律及表现 ， 进行二 次支护 一般距离控 制在 5 01 0 0 m范 围内 ， 加 固一 次支护 下松动围岩 ， 抵御 形变 压力 ， 阻 止围岩继 续变 形。二次 支护 锚杆要 按初 期支 护锚杆所 留标 志呈 五花布置 ， 保证锚杆 均匀 布置 ， 受力均匀。两帮最 下一排 锚杆距 底板 距离不大 于 2 0 0 m i l l ， 呈 3 O ～4 5 。 角打入底板 。金 属网铺设 时利用初 期支 护锚 杆预留铁丝栓 网、 二次支护锚杆盘压 网， 网与网的联结每 2 0 0 m m扭结 1 次 ， 使整个巷道的网联成一体 ， 一但局部喷层 片落 时， 可有效地控制 喷层 继续 片 落 ， 使 围岩稳 定下来 。锚 杆压 着金属 网粘结 着 喷层 ， 锚 入 一定 深度 的 围岩里 。通 过 金属 网， 把喷层和锚杆 紧 紧地扭 固在一 起 ， 形成一个 完整 的支护 体 ， 对 巷道起 到了整体 支护作 用。最后在金属 网外 喷射一层 2 0 m m厚 的混凝 土 ， 喷浆盖网 ， 起到 防锈蚀 ， 锚网保 护作用 。 4 在一次支护段要把水 沟荒断 面掘 出， 二次支护 后进 行永久水沟浇注 。靠岩帮一侧必须补打一 排锚杆 ， 金属网要 压人最下一排锚杆内 J 。 3 锚喷支护 的应用 在煤 矿采用锚 喷支 护 ， 开始是 地质条 件 比较 稳定 ， 断 面 比较小 的巷 道。随着 认识 的 深化 ， 逐 渐推 广到 松 软破 碎岩 层 、 大断 面巷道 ； 从平巷 发展到斜 井 、 立 井 ， 并应用到煤 巷及 受采动影 响的巷道 ， 以及处理 冒顶和工程加固等。 3 ． 1 在松软破碎带中的应用 1 立井 。湖南某矿立井在 穿过一层 2 3 n 厚 的构 造破 碎带 围岩 为薄 厚煤质 页岩 ． 并有一 层 白粘 土， 遇水 呈泥状 ， 易片帮 ， 压力较大 ， 有 小裂 隙水 时 ， 采 取短段 掘进随 即锚 喷 网 按 1 m支护 1 m的施工方法取得成功 。后来井筒被水淹 没 ， 半年后恢复 ， 井壁 至今 完好 ] 。 2 斜井。铜川 某矿 二采 区 主斜井 和下石 节胶 带 暗斜 井 ， 采用锚喷支护顺利通 过 了破 碎带 ， 并 且取得 了月成 井 4 5 2 1 1 m和 5 0 4 1 5 m 的进度 。 3 平巷 。鸡西某矿 ， 有 3条巷 道通 过断层 ， 其落差 5 0 6 0 m， 附近 围岩破碎 ， 过 去采用 密集大棚 、 钢筋混 凝土支 架均 遭破坏 ， 维护困难 ， 改用锚喷支护后 ， 效果 良好。 3 ． 2在处理冒顶中的应用 冒顶和塌落不仅影响施工 ， 费工费料 ， 拖延工期 ， 危害安 全 ， 而且有致使工程前功尽弃的危 险。鹤岗某矿二水平 北翼 石门大 巷， 在穿过断层 时发 生大 冒顶 ， 采 用锚 喷支 护钢拱 架 支护。首先用 1 1 2 m长的 1 5一l 8 k g ／ m钢轨橛 子打人浮 渣护 顶 ， 架设金属支架 1 6 槽 钢然后喷 射混 凝土封 顶 ， 最后 喷 两帮 ， 喷厚 3 0 0 m m做为永久 支护 ， 长 8 1 1 m， 高 1 4 m的 冒落 区 ， 只用 8 d时 间 就顺 利通 过 。 4 工艺改进 后取得 的社会和经济效益 1 加快 了巷道的掘进 速度 。改进后 的支 护工 艺安设锚 杆 的工序滞后迎头 2 1 5 3 1 0 m ， 而且 在安设锚杆 时一并 挂金 属 网。因此安设锚杆和挂金属网可与迎头炮 眼平行作 业 ， 而 传 统的锚 、 网 、 喷支 护 工艺 由于 安设 锚杆 距迎 头 太近 小 于 8 0 0 m m， 就不能 实现 这种 平行 作业 。另 外 ， 由 于复 喷的厚 度仅为 2 0～ 3 0 m m， 其工作量大大减少 ， 且复喷施工距迎 头距 离长 ， 所以可实 现掘 喷平行作业 。各 工序的简化 及平 行作业 的实现使掘进速度大大提 高。经 比较 ， 锚 、 网 、 喷支护工艺改 进后月成巷速度提高了 1 5 ％左右 。 2 提高了巷道整 体支护效 果 ， 减少 了巷道维修 。改 进 后 的支护工艺采用锚杆托盘压网， 且把 喷层 大部分放 于锚网 之内 ， 小部分放于锚 网的外 部 ， 极 大地提 高 了整个支 护体 总 的支护抗力和效果。它充分发挥 了锚杆的整体支 护作用 ， 同 时又使支护结构的柔性 增大 ， 能适应深部井 巷矿压增大要 求 支护体具有较大 可缩性 的特点 。这就实 现 了主动 支护“ 抗 ” 与“ 让” 的统一 ， 避免 了 巷道 支护 的喷 层 “ 前 掘 后裂 ” 现象 发 生 ， 减少 了巷道维修 工程 量。从巷道 现场 情况看 ， 支 护后 喷 层没有 出现起皮开裂及破坏现象 。 3 降低 了材料消耗。在传 统的 支护方式 下 ， 喷 层厚度 一 般 为 1 0 0 m m， 交岔点等特殊地点达到 1 5 0 2 0 0 m m， 工艺改 进后喷层厚度 由 1 0 0 m m减少 到 7 0 i ／ l m。由于支护工 艺改进 后 的总喷层厚 度 比改进前 降低 2 0 3 0 m m， 因此平均 每米巷 道可节约喷射混凝 土材料 费用 5 0元左 右。另外 ， 总 的喷浆 量的减少 ， 也不 同程度地节约 了压风 、 水 电和人 工等费用 ， 相 应提高 了经济效 益。虽然锚 、 网、 喷支 护工 艺的改进 在 实践 中取得了较好效果 ， 但也必须根据井下 具体条件 而定 。如巷 道掘进遇断层或顶板破 碎时 ， 就必须锚 、 网、 喷支护紧 跟迎头 且复喷要加厚 ， 才能保证安全生 产 J 。 5 结语 锚喷支护 技术 及工艺 的探索 与实践 给煤 矿安 全生产 带 来 了巨大 的安全效益和经济效益 。实践证 明 ， 锚 喷支护技 术 是 一种结构合理 、 施工方便 、 节省投资 、 技术先进 、 安 全可靠 、 科学合理 、 经济实用 的支护形 式 。它 相对于其 它支 护技 术 ， 有一定的优越性 ， 在矿井 中应用也 十分 广泛 ， 值得 大 范围推 广应用 ， 尤其是在我 国高产高效矿井 的建设 中。在使 用过程 中， 应针对不 同围岩 情况采 取不 同的锚 喷结构 ， 选 择合理 的 技术参数及施工方法 ， 保证其工程质量。 参 考 文 献 [ 1 ] 姜福 兴． 矿 山压 力与 岩层 控制 [ M] ． 北京 煤 炭工 业 出版社 ， 2 0 0 4． [ 2 ] 郑颖人 ． 地下工程锚喷支护设计指南 [ M] ． 北京 中国铁道 出版 社 ． 1 9 8 8 ． [ 3 ] 郑雨天 ． 锚喷支护理论探讨 一 [ J ] ． 矿 山技术 ， 1 9 8 5 ， 1 2 5 3 2 ． [ 4 ] 张广毅 ， 赵春阳 ． 锚喷支 护技术 的特点及其 在煤 矿的应用 [ J ] ． C o a l ， 2 0 0 2 ， 5 3 83 9 ． [ 5 ] 张海祥 ， 郑乃国 ， 刘文泉． 锚 网联合支护在断层破碎带 中的应用 [ J ] ． 煤炭科学技 术 ， 2 0 0 4 ， 7 l 2 ． 维普资讯