水力采煤与管道运输H(5).pdf

第 1期 2 0 0 7年 3月 水力 采煤 与 管道运 输 H YDRAULI C C 1 AL M I NI NG PI P ELI NE TRANS P RTATI N NO ．1 M a r ．2007 复合顶 板顺 槽锚 索 的破 断及 其预 防 何 炳 银 合 肥煤炭 科 学研 究所 安 徽 合肥 2 3 0 0 0 1 摘 要 根据 现场调查及观测数据 ， 分析锚 索破 断的状 况与原 因， 探 讨 复合 顶板顺槽锚 索的 工作 方 式 ， 提 出预 防 锚 索破 断的 技 术措 施 。 关键 词 巷 道 支护 锚 索破 断 复合 顶板 中图分 类号 T D3 5 3 ． 6 文献 标识码 A 文章 编号 l 0 0 6 0 8 9 8 2 0 0 7 0 l 一0 0 2 7 0 5 0 1 言 淮 南 矿 区 多 有 复 合 顶 板 煤 层 。 在 复 合 顶 板 顺 槽 中采用锚梁 网索支护 技术 ， 提高 了锚 杆支 护 的 可 靠 性 与 安 全 性 ， 扩 大 了锚 杆 支 护 技 术 的 应 用 范 围 。然 而 ， 随 着 地 压 和 巷 道 断 面 的 增 大 ， 在 复 合顶板顺 槽 、 沿空巷道 、 高 地压巷 道 中， 存 在着锚 索 大 量 、 普 遍 的 破 断 问 题 。锚 索 破 断 后 ， 巷 道 支 护的稳定性与安 全性 受到威 胁 。这时 ， 或 采用 增 加锚索 的安装数量 这种 方法往 往并不 奏效 ， 或 采用补装 锚索 的办 法 。当顶 板 下 沉严 重 并 破 碎 时 ， 重 新安 装锚 索 有 时成 为不可 能 ； 即使 勉强重 新 安 装 锚 索 ， 支 护 效 果 差 ， 不 能 阻 止 顶 板 的 继 续 下 沉 和 破 坏 。于 是 ， 为 保 证 巷 道 安 全 及 所 需 巷 道 断 面 ， 不 得 不 在 局． 部 地 段 套 装 金 属 支 架 或 木 支 架 。复合顶 板顺 槽 中锚 索 的破 断 不 仅大 大 增 加 了巷 道 支 护 及 维 护 的 成 本 ， 而 且 严 重 威 胁 巷 道 的 安 全 ， 成为继续推广 应用锚 梁 网索 支护技 术 的主 要技术 障碍 。调查 并分 析 锚索 破 断 的状 况 与 原 因 ， 探 讨并 研究 预 防锚 索 破断 的技术 ， 是 保证 锚 梁网索 支护巷道 的安 全的需要 ， 也 是进一 步 推广 应 用锚梁 网索 支护技术的需要 。 1 破 断锚 索 的调 查 1 ． 1 破断锚索 的调查统 计 表 l是 对 复合 顶 板顺 槽 破 断锚 索 统 计 的情 况 。在 表 l中 被 统 计 的 8条 巷 道 中 ， 有 3条 巷 道 属于沿 空掘进 巷道 ， 其护巷煤柱宽度 3 ～5 m， 有 l 条巷道 受到底 板下方 采煤面 回采影 响 ， 有 2条巷 道 受 到 断 层 构 造 痘 力 的 影 响 。巷 道 顶 板 安 装 的 锚索 密度为每棚 l ～2根 ， 个 别情况下 为 3根 ， 或 每米巷 道 1 ． 2 5根 。被统 计 的破 断 锚 索 中 ， 其 钢 绞线 直 径 有 的 是 l 5 ． 2 4 mm， 有 的是 l 7 ． 8 7 mm。 钢 绞 线 长 一 般 为 5 ～7 m。调查 统 计 表 明 1 布 置 在 断层 构 造 带 附 近 的 巷 道 ， 由 于 受 到 地 层 构 造 应 力 的 影 响 ， 巷 道 中 锚 索 的 破 断 率 最 高 ， 达 到 5 O ～ 6 0 ； 其 次 ， 是 受 到 采 动 影 响 的 巷 道 ， 在 采 动应 力 的影 响下 ， 巷道 中的锚 索 破断 严重 ， 破断率达 2 O 9 ， 6 以上 。 2 巷道 中锚索 的破断率变化 较大 ， 一般 l 0 在矿井生产运 输 中， 由于环境 差 、 条件 恶劣 ， 胶带输送 机在 实 际工 作 中与理论 设 计 是不 可 能 达到完全 一致 的 。由于煤 矿工 作 条 件 的 变化 较 大 ， 通 常情 况 下都 处 于大倾 角 上 山运输 较 多 ， 而 胶 带 输 送 机 都 是 在 过 度 拉 紧状 态 下 运 行 的 。 由 于井下作业环境 潮湿 和粉尘 的影响使 值 加大 ， 使 滚筒 传递 的 牵 引力过 大 ， 从 而造 成磨 损 加剧 。 长期 运行还 会使胶 带输 送机 的 自身 负荷加 大 ， 最 终 导致传 动 滚 筒 主轴 与 内、 外 齿套 的损 坏 ， 以及 其它零 部件 的 损坏 。为 加强 主传 动 滚 筒 与外 齿 套 的联 接强 度 ， 鸡 西 矿业 集 团有 限公 司、 双 鸭 山 矿业 集团有 限公 司 以及 七 煤集 团有 限 公 司 的部 分矿 井 中， 已将传动滚 筒轴 的外 花键 与外齿 轴套 的 内 花 键 改 为 深 键 槽 方 式 联 接 。 由 原 来 的 5 mm ，加深 到 8 r am ， 以增 加其 联接 强度 ， 并 在 实 际生 产 中 取 得 了 良好 的 效 果 。部 分 生 产 矿 井 已 将 两 件 主 传 动 滚 筒 由 现 在 的 钢 板 焊 接 式 改 为 整 体 铸 焊式 ， 极大地增强 了主传动 滚筒 的联 接强 度和工 作稳 定性 ， 使胶带输送机 的事故率大大 下降 。 作 者 简介 杜瑞君 1 9 6 0 一 ， 男 ， 双鸭 山矿 业 集 团物 资供 应公 司机 电工 程 师 ， 1 9 8 7年毕 业于双 鸭 山矿务 局工 学院矿 山机 电 专业 ， 专科 学 历 。 收 稿 日期 2 0 0 6 0 8 0 4 2 7 维普资讯 2 0 0 7年 3月 水力栗 煤与管道 运输 第 l 期 注 轨 道顺槽 称“ 轨顺”； 运输顺 槽称“ 运顺” ； 联络巷 称” 联 巷” 按 照 国家 标 准 ， 强 度 等 级 l 8 6 0 MP a 的 l 5 ． 2 4 mm 钢 绞线 的 最 小 破 断 载 荷 2 6 0 k N， 相 同 强 度 等 级 的 西1 7 ． 8 7 mm 钢 绞 线 的 最 小 破 断 载 荷 3 5 0 k N。但 观测发 现 ， 锚索 实际工作 载荷 远未 达 到其额定 载荷 ， 锚索 的破断载荷 也远未达到其 最 小破断载 荷。根 据 观 测 ， 锚 索 的 破 断 载 荷 一 般 l 2 O ～ 2 0 0 k N， 测 得 的 最 大 破 断 载 荷 2 4 1 k N， 最 小 破 断 载 荷 仅 9 0 k N， 平 均 破 断 载 荷 1 6 6 k N。 表 2 为复合顶板巷道 锚索载荷统 计表 。观测表明 ① 锚 索 的 实 际 载 荷 与 其 破 断 载 荷 基 本 相 等 ， 分 别为 1 6 4 k N 和 1 6 6 k N， 仅 为其 理论 最小 破 断 载 荷 的 6 3 ． 5 。 ② 与采 用直 径 1 5 ． 2 4 mm 钢 绞线 的 锚 索相 比， 采用直径 1 7 ． 8 7 mm 钢绞 线 的锚索 的实 际载 荷及破断载荷并无 区别 ， 锚 索的破断率 也基本相 同 。 ③ 锚索破 断载 荷的最 大值 与最小 值之 I 相 差 1 ～1 ． 5倍 ， 锚索 的破坏不完全 属于拉断 ， 也有 是被 剪断 的 。 表 2 复合 顶板 巷道锚 索载 荷统计 表k N 2 8 1 ． 3锚 索 破 断 的 时 问分 布 锚 索安 装 后 多 长 时 间 破 坏 ， 这 不 仅 与顶 板 的 变 形 速 度 有 关 ， 也 与锚 索 的 支 护 刚 度 有 关 。统 计 表明 见 图 1 ， 锚索的 破断一 般都 要经历 缓慢增 加 、 持续增 加 、 持 续发展和逐 渐减 少 、 基本停止 的 过程 。对于顶板压力 大及顶板 松软 的巷 道 ， 锚 索 会 在 安 装 后 1 ～ 2周 内 开 始 发 生 破 坏 ， 少 数 巷 道 安 装 的锚 索 会 在 安 装 后 3天 之 内 开 始 有 破 断 发 生 。在缓慢 增 加期 问 ， 破 断 的锚索 逐渐 增 多 ， 这 个期 间一般 约 为 2 0天 ， 破 断锚 索数 量约 占全部 破 断锚 索 的 1 0 9 ／ 6 。 在 锚 索 安 装 1个 月 左 右 ，锚 索 发生持续 的大 量的破断 ， 锚 索的破 断速率达到 最 大 ， 可 占到全部 破断锚索 的 6 0 。锚索安 装 2 个 月之后 ， 锚索 的破 断速率开始 降低 。锚索安装 3个月后 ， 锚索的破断逐渐趋于稳定 见 图 1 。 0 垡 0 0 垡 ＼ 簪 薯 鲁 I r 、 I 、 l 、 I 1 l _ J 1 4 1 2 3 l 联 ／ 。 ， 、 ／ - 、 I ／ ， 1 1 4 l 2 f ” 运 n 、 l 1 l 、 ／ I r t I 、 ／ I J 1 i4 t 3 睡捌 、 ／ l ／ L ． ． ． _J i | ． 1 - ～ I ／ 、 一 ～ 1 ， ● ／ 根 据 钢 绞 线 破 断 的 断 口形 态 来 划 分 ， 可 将 损 坏锚 索分 为 3部 分 第 1部 分是 拉伸 断裂 ， 断 口 基 本 齐 平 ， 断 口处 有 明 显的 拉 伸 颈 缩 痕 迹 ， 占 2 5 9 ／ 6 ； 第 2部分为剪切断裂 ， 断 口有 呈 4 5 。 单斜剪 切和呈 4 5 ‘ ” 形 剪切 两种 ， 占 2 5 9 ， 6 ； 第 3部 分 为混 合 受 力 破坏 ， 包 括 扭 拉 断 裂 、 扭 剪 断 裂 、 拉 剪 ∞ ∞ 勰 H m 864 2 维普资讯 2 0 0 7年 3月 何 炳银 复合 顶板 顺 槽锚 索的破 断及 其预 防 第 1期 断 裂 及 拉 扭 剪 断 裂 ， 占 5 O 。另 外 ， 在 部 分 断 裂 的钢绞线 中 ， 每根 钢绞 线 中有 1 ～ 2根 钢 丝 断 口 呈 撕裂状 ， 撕裂 长度 l O 0 ～3 0 0 mm。根据 钢 绞线 破断 的断 口形态 ， 钢 绞线破 断的基 本形 式是 拉 伸 断裂 、 剪切断裂和扭剪破 断 见 图 2 。 A拉抻 破断 B剪 切 破 断 C扭 剪 破 断 图 2锚 索破 断 形态 2锚 索破断原 因分析 2 ． 1 锚索 的制造及 安装质量存在缺 陷 钢绞线是 由优 质 钢丝 经 绞线 机 绞 合 成 股 并 经 稳定化 工 艺处 理 而成 。锚 索 的 破 断 与 否与 钢 绞线的质量密切 相关 。在井下安 装锚 索 时发现 ， 钢绞线外露端有 自动散索 现象 ， 以至 于无法 安装 锚 具 ； 此 外 ， 在 井 下 存 放 的 钢 绞 线 中 ， 发 现 有 部 分 钢绞线端头不齐 ， 有 少量 钢绞线 的一根 或若 干根 钢丝从一端伸 出 ， 而从另 一端缩 进 。钢绞线 整合 性 差 ， 会造 成 7股 钢丝 受 力不均 匀 ， 在 钢 绞线 受 拉过程 中 ， 有 的钢丝受 力大 ， 有 的钢丝 受 力小 ， 甚 至不受 力 ， 而受 力大的钢 丝 因受 力超过 其抗 拉强 度 必 然 先 断 裂 ， 最后 被 顶 板 压 力 各 个 击 破 而 使 钢 绞 线 破 断 。 锚具与锚 绞 线 的 配合 性 是 锚 索 质 量 的 另一 个重 要因素。锚具 与锚 绞线 的配合 不好 ， 钢绞线 横截 面的椭 圆度 和锚 具 孑 L 的椭 圆度 配合 公 差过 大 ， 造成钢绞线与锚具 孑 L 的接触状态 不好 ， 使 得 7 股钢 丝 与锚 具 孑 L 壁 接 触 的 松 紧 程 度 有 差 异 ， 从 而 ， 导致 多根 钢 丝受 力不 均 匀 。同 时 ， 钢 绞 线表 面硬度与锁片表面的 硬度不 匹 配 ， 也 会造 成钢 绞 线过 早破断 。表 3是锚 具使 用情 况 的检 测统 计 。 检 测 表 明 有 的锁 片 外 露 长 度 过 大 ， 且 长 短 不 一 ； 有 的 锁 片 错 位 ， 即 锁 片 有 的 退 出 ， 有 的缩 进 ； 有 的 锁片 张开 ， 即少 量锚 具 的锁 片不 能 紧抱 钢绞 线 ， 。 在相邻锁片之间存在有较宽 的问隙 ； 锁片碎裂 。 表 3锚 具 使 用 情 况 统 计 表 生 __ 』 苎 l_ _ 一锁片错位 锁片张开 3 4 5 6 2 9 6 6 41 2 1 统 计锚 索数量 1 9 8根。其 中 ， 夹 片外 露 长度 3 ～ 6 ram 备注 共 2 3根 。 夹 片错位 4 1根 ， 夹 片 张开 2 1根 ， 分 别 占统 计总数 的 1 1 ． 6 ％ 、 2 0 ． 7 ％和 1 0 ． 6 。 2 ． 2 地 质 构 造 及 采 动 应 力 的影 响 被调查 的巷 道 均 属 于 复合 顶 板顺 槽 。煤 层 顶 板 均 是 由 多 层 软 弱 的 薄 及 中 厚 泥 岩 或 砂 质 泥 岩构成 ， 其 中夹 有 l ～2层 薄 煤 层 。除 了顶板 因 素 之 外 ， 造 成 锚 索 大 量 、 普 遍 破 断 的 主 要 原 因 ① 顶 板 岩 层 遇 水 产 生 膨 胀 压 力 。2 6 1 1 3 上 风巷邻 近 的 采 空 区 曾 经 大 量 积 水 ， 其 水 头 达 到 l 0 m， 巷 道 顶 板 岩 层 长 期 遭 水 浸 泡 。掘 进 时 ， 虽 经 放水 ， 但 巷 道 围岩仍 然渗 水 ， 锚 索 孑 L 滴 淋水 不 断 。由泥岩及砂质 泥岩 、 薄煤层 构成 的顶板 遇水 极易膨胀变形 ， 并 产生较 大 的变形 压力 。巷 道掘 出后 ， 岩体 的这种膨 胀 变形 压 力得 以释放 出来 ， 巨大 的膨胀 压力作 用于锚 索 ， 在很短 的时 问内发 生大 面积锚索破断 。 ② 采 动 压 力 影 响 。 1 4 1 2 3 联 巷 的 下 方 6 0 m 处有一 回采 工 作面 垂 直于 联 巷 推进 。 当 回采 面 推 过联 巷后 ， 巷道 变形 及锚 索 载 荷急 剧增 加 ， 锚 索 开始破断 。在随后 的 2个 月 内 ， 锚 索 的破断经 历 了一 个 由慢 到 快 、 再 由快 到 慢 的 过 程 。直 到 回 采 面推过联巷 2 0 0 m后 ， 锚索 的破 断才告停止 。 ③构造应 力作用 。1 5 4 2 3 轨顺 在掘 进过程 中 ， 穿过一 向斜 构造 的轴部 。在未 到达构 造的轴 部 时 ， 巷 道一 直很稳 定 ， 也 未 发 现锚 索 破 断 。当 巷 道 掘进 渐进 人构 造轴 部 时 ， 巷 道变 形不 仅 大， 而且 快 ， 大 量 锚 索 开 始 破 断 。 尽 管 在 此 区 域 内 ， 29 维普资讯 2 0 O 7年 3月 水力 采煤与 管道 运输 第 l 期 将安 装 的锚 索增 加一倍 ， 但仍无 济 于事 ， 锚索 的 破断有增无减 。在 2 O O m 的向斜 轴部 区域 内 ， 破 断锚索达到 6 O 以上 。而 当巷道 穿过 该构造 轴 部后 ， 巷道变形量 和变形速度又逐 渐恢复到原 先 的水 平 ， 锚 索 也 不再 破 断 。 ④ 锚 索 锈 蚀 l 2 1 l 3 运顺 的顶 板一 [ -- 部 有 一 层 含水 层 。 当锚 索 孔 到 达 该 含水 层 时 ， 或 巷 道 发 生 变 形 破 碎 后 ， 巷 道 顶 板 一 直有 淋 水 ， 锚 索 的 外 露 端也一直有淋水 。锚索安 装一年后 ， 锚索陆 续开 始破 断。检查发现 ， 锚 索锈蚀严重 ， 表 面剥 落 ， 钢 绞线直 径变细 ， 锚 索 的锈蚀使其 承 载力降 低 ， 锚 索被拉断 ； 或是钢绞线变细 后， 锚具 自动脱落 ； 或 锁 片锈蚀后 ， 锚 具 的夹持 力降低 或丧失 ， 锚 具脱 落 ； 或锁片 因锈蚀严重而碎裂， 锚索失效 。 2 ． 3锚 索 的 承 载特 性 不 适 应 复 合 顶 板 变形 特 性 锚索 的破 断 ，除 了上述 地质 、 采 动及其 它 因 素 以外 ， 对 于采 深 较 大 的 复 合 顶 板 顺 槽 来 说 ，锚 索的承载特性 与其 支 护的 顶板 的变形 特性 不相 适应可能是 其重要原 因。 巷道 掘 出 后 ， 伴 随 着 二 次 应 力 的 形 成 和 发 展 ， 塑 性 圈 的形 成 和 扩 大 有 一 个 由表 及 里 、 由 浅 到深 的 过程 。在 塑 性 圈 的 形 成 过 程 中 ， 岩 体 内 弹 性 变 形 能 量 逐 渐 释 放 ， 塑 性 变 形 不 断 发 展 ， 巷 道 顶板 岩 层 的 变 形 不 断 增 大 。 如 果 对 此 不 加 以 支 护和控制 ， 将 会导 致 顶板 的破坏 和垮 落 。相 反 ， 如果 顶 板 支 护 结 构 的 刚 度 过 大 ， 则 支 护 体 系允 许 顶板 岩层 释 放 的 能 量 不 足 ， 允许 顶 板 塑 性 变 形 量 较小 ， 这将要求支护 结构承受顶板 岩层更大 的塑 性变形压力 。锚索 正是 这样 一种 具有 高 刚度 的 支护单 元 。巷 道 支 护 的 目 的是 要 以最 低 的 代 价 获 得 一 个 安 全 、 方 便 的 作 业 空 问 。 因 此 ， 巷 道 变 形 包 括 围岩 的 塑性 变 形 不 仅是 应 该 的 ， 而 且 有 时 是有 利 的 ， 甚 至 是 必 要 的 ， 只要 其 对 巷 道 不 构 成 安全威胁 ， 不 影响巷道使用 实 际 观测 表 明 ， 对 于 复 合顶 板 的 高应 力 围 岩 巷 道 ， 在顶 板 l n 深 范 围 内 ， 岩 层 的 膨 胀 系 数 可 达 0 ． 1 0 ～0 ． 1 2 ； 在 顶 板 1 ～2 m 深 范 围 内 ， 岩层 的 膨胀系数 可 达 0 ． 0 6 ～ 0 ． 0 8 ； 在顶 板 6 m 深 范 围 内， 岩层 的膨 胀 系 数 可达 0 ． 0 3 ～0 ． 0 5 。当顶 板 的变 形 受 到 高 刚 度 锚 索 的 支 护 和 阻 止 时 ， 虽 然 顶 板 的变形 会减小 ， 顶板 岩层 的塑性 圈不会 扩大 ， 但 锚 索 所 要 承 受 的 顶 板 岩 层 的 塑 性 变 形 压 力 却 会不 断 增 大 。锚 索 的 杆 体 钢绞 线 是 由 高 炭 钢 丝 加 工 而 成 。国 家 标 准 规 定 其 延 伸 率 为 3 ． 5 。如 3 果按 4 m 的 自由段 及 3 ． 5 的延 伸率 计算 ， 其在 破断前的伸长量 约为 6 0 mm。显 然 ， 对 于 大变形 顶板 煤巷 ， 6 0 mm 的允 许变形 量是 远不 够 的。当 顶板 的变形 量大 于锚索允许 的变形 量 ， 终 将导致 锚 索 因 超 载 而 破 断 。 3 预 防 锚 索 破 断 的 技 术 措 施 3 ． 1 正确选择锚索 的工作方式 ／ a u l 顺 板 变形 2一 顶板 岩 层 目重 压 力 与 顶板 变 形 量 关 系 曲 线 ‘ 3 一顶板 压力与 顶板 变形 量关系 曲线 图 3锚 索 支护 阻力与 顶板 岩层 变形量 关 系曲线 在 锚 杆 支 护 的 煤 巷 中增 加 锚 索 支 护 ， 或 者 在 煤巷 中采用单一 的锚 索支护 ， 可 以增 加 巷道在顶 板压力 及 巷 道 断 面大 的情 况 下 支 护 的安 全 性 。 在锚索支护 的煤巷 中， 顶 板压力是 岩层 翅性 形变 压 力 与 离层 破 碎 岩 层 的 自重 压 力 之 和 。 因此 ， 顶 板 压 力 与 顶 板 变 形 之 间 的关 系 可 以用 图 3表 示 。 在 图 3中 ， 曲线 l表 示 顶 板 岩 层 的 塑 性 形 变 压 力 与 顶 板 变 形 量 之 间 的 关 系 。 塑 性 形 变 压 力 与 顶 板 变 形 量成 反 比 ， 塑 性 形 变 压 力 随 着 顶 板 变 形 量 的增 大 而 减 小 。 曲线 2表 示 顶 板 离 层 破 碎 岩 层 的 自重压力与顶板变形量之问 的关系， 顶板离层 破碎 岩层 的 自重 压 力 与 顶 板 变 形 量 成 正 比 随 着 顶 板 塑 性形 变 的发 展 ， 顶 板 表 面 的 岩 层 开 始 发 生 离层 和 破坏 ， 其 自重 将 作 为 载 荷施 加 子锚 索 之 ； 塑 性 变 形 愈 发 展 ， 顶 板 离 层 破 坏 范 围 愈 大 ， 破 碎岩层 施加 于锚 索 之上 的 自重压 力 也 愈大 。当 顶板 变形 量 增 大 到 最 大 时， 将 可 能 发 生顶 板垮 落 。 曲线 3表 示 顶 板 塑 性 形 变 压 力 与 离 层 破 碎 岩 层 自重 压 力 之 和 与 顶 板 变 形 量 之 问 的 关 系 。 图 3中直线 a 、 b 、 c 分别表示 3种大小 不同支护刚 度 的锚索承载特 性 。直线 a支护 刚度 最大 ， 当顶 板 产 生 少 量 变 形 时 ， 虽 然 顶 板 压 力 会 显 著 减 小 ， 但在 锚索所允许 的最大让 压量范 围内 ， 顶板压力 仍大 于锚索 的拉 断力 。直线 c支护 刚度最小 ， 随 着顶 板变形的进一 步 发展 ， 作 用于锚 索上 的载荷 不 是 减 小 ， 而 是 随 之 增 大 ； 与 此 同 时 ， 锚 索 支 护 阻 力 的 增 大 却 反 而 小 于 顶 板 压 力 的 增 大 ； 最 后 ， 尽 维普资讯 2 0 0 7年 3月 何 炳银 复合 顶 板顺 槽锚 索的破 断及 其预 防 第 l期 管 锚 索 的承 载 能力 还 没 有 得 到 充 分 利 用 ， 锚 索 没 有 破坏 ， 但离层破碎 的顶板 岩层却 会 因为支护 阻 力 不够而 冒落 。直线 b支 护刚度 中等 ， 当顶板 变 形 发 展 时 ， 顶 板作 用 于锚索 的载 荷逐 渐减 小 ， 而 且锚 索 的承载能力 仍有 富余 ， 可 以阻止顶 板变 形 的进 一步发展 ， 保持顶板稳定 。显然 ， 具有 直线 b 刚度 的 锚索 承 载 特 性是 与 顶板 压力一一 变 形 特 性相 适 应 的 ， 是 锚索 支 护 的 比较 适 当 的工 作 方 式 。 3 ． 2增 加 锚 索 的 让 压 量 增 加 锚 索 的让 压 量 以 降 低 锚 索 的 支 护 刚 度 ， 是 预防锚 索 破 断 的重要 技术 措 施 。锚 索 的让 压 量应 该基本 接 近 或略 小 于巷道 顶 板 的允 许 变 形 量 。当锚索 的让压 量大 于顶板 的允 许变 形量 ， 顶 板会 因支护强度不够 而发 生破坏 ； 而锚索 的让 压 量 小 于 顶 板 的 允 许 变 形 量 ， 则 锚 索 的 载 荷 会 增 加 ， 直 至 锚 索 破 断 。锚 索 的 合 适 的 让 压 量 ， 应 既 能 允 许 顶 板 压 力 和 变 形 尽 可 能 多 地 、 有 控 制 地 释 放 ， 又 能 防 止 顶 板 发 生 过 大 的 下 沉 或 变 形 破 坏 ； 既 能 让 锚 索 充 分 发 挥 其 高 承 载 力 的 支 护 性 能 ， 又 能避 免其 因过载 而遭到 破坏 。根据 观测 ， 复合顶 板 的顺槽允许变形量 ， 即巷道 顶板在 发生离 层 破 坏 前 的 最 大 的变 形 量 ， 可 能 达 到 几 百 毫 米 。 锚 索 的 让 压 量 主 要 由 以 下 几 部 分 组 成 钢 绞 线 的延 伸 量 ； 钢 绞线 在锚 具 中的缩 进量 ； 锚 索托 板 处 顶 板 岩 石 的 压 缩 量 ； 锚 索 托 板 的 压 缩 变 形 量 。对 于 前 3项 ， 基 本 上 是 不 可 改 变 的 ， 对 于 锚 索 托 板 的 压 缩 量 ， 则 可 以 通 过 改 变 托 板 的 材 料 、 结 构 、 安装 方 式 等 予 以 调 整 。 某 矿 l 2 l l 3 轨 顺 在采 用锚索让压技术 措施前 ， 锚 索 的破断 率 曾高 达 5 0 以上 ； 在采 用木 垫板等 让压 技 术措 施 后 ， 锚 索 的 破 断 率 降 低 到 l 0 左 右 。 3 ． 3 适 当延迟 张紧锚索 以释放 顶板的早期变形 巷 道 掘 进 初 期 是 顶 板 压 力 和 变 形 释 放 最 剧 烈 、 释放 量 最大 、 释放 速度 最快 的时 期 。图 4是 两 条 巷 道 顶 板 变 形 随 时 间 发 展 的 情 况 。 观 测 表 明 ， 顶 板 变形 剧 烈 期 一 般 自掘 进 开 始 ， 持 缓 1 0 ～ 2 0 d 。 在 此 期 问 ， 巷 道 的 变 形 量 约 占其 总 变 形 量 的 6 0 以上 。如 果 在 巷 道 掘 进 的 同 时 安装 锚 索 ， 即使 采取 让压 措施 ， 锚索 载荷 也 会急剧 增 大 ， 因 为让压 量并非越大越 好 。因此 ， 锚索让 压 的另一 个 重 要 措 施 是 避 过 巷 道 顶 板 压 力 和 变 形 的 剧 烈 释 放期 安 装锚 索 ， 适 当延 迟张 紧锚索 ， 避 免 锚索 在 安 装 的早 期 过 载 或 破 坏 。 I l I I I l I I I一 ， 、 t I I j 一 下 L - 、 ． 1 l I ， 、 ＼I 、 H I 2 6 1 【 3 轨 l I ii E 0 r 、 I 』 ． 。 。． 1 I l ， I1 4 1 2 3 } t 顺 l l ’ I ‘ l _ _ l I I l l l I 挣 l I l I I l I l l I ， l l l l I 观 测 时 I_H ]／ d 图 4 顶 板钻 孔 下沉 曲线 延 迟 张 紧 锚索 能 否 取 得 成 功 ， 关 键 在 于 正 确 选 择 延 迟 的 时 间 ， 即在 巷 道 掘 进 后 多 长 时 间 或 距 迎 头 多 远 开 始 安 装 并 张 紧 锚 索 。对 于 延 迟 时 间 ， 不 同 的巷 道应 该是 不 同 的 。 安 装 早 了 ， 达 不 到 释 放顶 板 压力 与 变形 的 目的 ， 或 释 放量 不够 ； 安装 迟 了 ， 顶 板 会 冈 没有 得 到 及 时 支 护 或 因 变 形 没 有 得 到 及 时控 制 而发 生 离 层 破 坏 或 冒 落 ， 造 成 安 全 威胁 。对 于具 体 的巷道 ， 应 该 根据 其 地 质 条件 、 让压量大 小 和通 过实 际 观测 确 定 锚索 滞后 张 紧 时 间 。 为 保 证 巷道 安 全 ， 在 锚 索 滞 后 张 紧 的 区 段 内 ， 应 采 取 适 当辅 助 临 时 支 护 措 施 ， 比如 ， 支 设 木 支 柱 、 支 设 单 体 支 架 等 ， 待 锚 索 张 紧后 ， 再 撤 除 这 些 支 柱 或 支 架 。 4 结 语 1 在 复 合 顶 板 顺 槽 或 者 高 地 压 巷 道 的 锚 杆 支 护 配 合 锚 索 支护 ， 可 以 更 好 地 控 制 巷 道 围岩 变 形 ， 更 好 地 保 持 巷 道 的 稳 定 和 安 全 。但 随 着 巷 道 埋 深 的 加 大 和地 压 的 升 高 ， 锚 索 的 损 坏 越 来 越 严 重 ， 这 已 经 成 为 影 响 巷 道 安 全 的 重 要 因素 。 2 锚索 支护实际表 明 ， 复 合顶板顺槽锚索 破 断 的 主 要 原 因 在 于 锚 索 的 承 载 特 性 与 巷 道 顶 板 的 变 形 特 性 不 相 适 应 。 锚 索 破 断 前 允 许 的 变 形 量远小 于顶板 的变形 量 ， 当顶板 的形变 压力不 能 通过顶板 的变形释放 而大 部分 作用 于锚索 时 ， 锚 索 的破断就成 为不可避免 的了 。 3 防 止锚索 破断 的 主要 技 术措施 在 于降 低 锚索 的支护 刚度， 或者说 增 加锚 索承载 时 的伸 长 量 ， 使 其与顶板 的变形 特性 相适 应 。在 目前 的技 术 条件下 ， 简单易行且 有效 可靠 的方法是 通过 增 加 锚 索 垫 板 的 让 压 量 来 增 加 锚 索 承 载 时 的 伸 长 量 ， 并 配 合 以适 当延 迟 锚 索 的 张 紧 安 装 和 适 当 降 低锚 索 的 张 紧力 。 作者 简 介 何炳银 1 9 5 4 一 ， 男， 现 在合 肥 煤 炭科 学研 究所 从 事矿 压和 支护研 究工作 ， 1 9 8 2年 毕业 于淮 南矿业 学院采 矿 系。 收 稿 日期 2 0 0 6 0 6 1 0 3l 维普资讯