采准巷道锚杆支护参数选择研究

采准巷道锚杆支护参数选择研究

董　礼

(辽源职业技术学院,吉林省辽源市,136201)

　　摘　要　在岩体力学和锚杆支护原理的基础上,从研究测定围岩松动圈入手,论述锚杆支护的参数选择,为现场选择锚杆支护参数提供一种思路及方法。

关键词　采准巷道　围岩松动圈　锚杆支护　参数选择

　　锚杆支护是近年来煤矿巷道应用较多的支护方式。在确定锚杆支护时,一个关键问题是如何选择锚杆支护参数,达到既经济合理,又有好的支护效果的目的。本文以围岩松动圈和锚杆支护机理为基础,论述锚杆支护的参数选择。

1　围岩松动圈与锚杆支护机理

地下岩体在开挖前处于原始应力平衡状态,开挖后这种平衡状态遭到破坏,由单向应力状态变为双向应力状态,并在巷道周围产生应力集中。巷道周边变为单向应力状态,径向应力σr下降为零,切向应力σt集中。当围岩集中应力σt小于岩体强度时,围岩处于弹性变形状态,当围岩集中应力σt大于岩体强度时,则围岩就会产生破裂松动,并由巷道周边开始向深部发展,这种破裂松动深入围岩深部的距离称为围岩松动区的厚度,这个破裂区称为围岩松动圈。在现有的支护条件下,试图采用支护手段阻止围岩的松动破坏是不可能的,支护的作用就是围岩松动圈形成过程中破碎力所造成的有害变形。锚杆支护要达到好的支护效果,其布置及参数必须考虑松动圈内岩体的变形及破坏情况,锚杆支护的作用就是通过巷道周边的数根锚杆,使岩体互相挤压,形成一个接近原岩强度的组合承载结构,既锚固围岩的表层,防止冒落,又利用岩体本身强度实现稳定的支护效果,为此,锚杆支护参数选择,必须适应围岩松动圈岩体的特性,确定松动圈是选择锚杆支护的基本依据。

2　围岩松动圈测定及围岩分类

因为围岩松动圈是由围岩应力和围岩强度决定的,各矿的地质条件不同,围岩松动圈的参数也不同,所以,确定围岩松动圈的最好办法就是现场实测。采用围岩裂隙探测仪,根据声波波速和振幅,做出巷道围岩岩体声速振幅变化曲线,可容易地确定

(上接第33页)　比较坚硬钻孔位置处设置药室分段装药,在岩性比较松软处进行充填。实验表明,采用分段装药,利用药室所处的不同位置对岩体进行交叉破碎,使炮区中每一部分岩石都能受到爆炸应力波的作用,从而,解决台阶中由于岩性变化或炸药爆力不足产生大块的可能。

4.3　集中装药和分段装药交替布置

为了避免由于全部采用集中装药药柱不高、药量过于集中、全部药量集中在钻孔底部而带来的台阶底部岩石被抛出,上部岩石产生大块的可能,采用排和排之间集中装药和分段装药交替布置的方式。4.4　减少装药量,降低装药密度

为了减少后冲,避免爆破以后形成很多、很大的裂缝,减少最后一排孔20%的药量,将其增加给中间孔,采用集中装药,并将药包直径120mm的袋状小包装改为100mm的袋状小包装以达到降低装药密度的目的。减轻爆轰波对后排孔岩石的压力,使裂隙区的范围不至于扩大。

4.5　优化爆破参数

根据多次反复不同的实验,获取了优化的爆破参数,见表1。[参考文献略]

(责任编辑　熊志军)

43中国煤炭第29卷第9期2003年9月

松动圈的范围。对于采准巷道来说,测站间隔可达到50m 以上,每个测站设几条测线,每个测线布置6～8个测孔。顶板测孔要垂直顶板层理方向,其它测孔可沿煤层倾斜方向布置,测孔长度按煤层柱状图确定,一般为2～3m ,钻孔钻好后用水将孔冲洗干净,并将探头插入钻孔,注水封闭后即可测试,实例见图1、图2

。

图1　某矿测站测孔布置

　　根据围岩松动圈支护理论,各矿可根据实测资

料进行围岩详细分类。一般情况下,将围岩分成3类,即稳定围岩(松动圈L P ≤40cm ),中等稳定围岩(40cm 150cm )

。

图2　某矿测孔声波速度曲线图

3　锚杆支护参数选择3.1　稳定围岩

由于松动圈围岩自重有限,锚杆将不起大的作用,为此,对于整体性好、耐风化的围岩可不支护,必要时可用单一的喷射混凝土支护,工程实践表明,混凝土的最大厚度以不超过20cm 为宜。3.2　中等稳定围岩

理论和实践表明,此时围岩碎胀变形比较明显,围岩的收敛变形将使巷道岩体表层产生裂缝或破

坏,因而必须用锚杆控制其变形。锚杆锚固端为松

动圈以外的岩体,锚固端位于塑性区,因此采用悬吊理论确定锚杆参数,锚杆起拉伸、挤压、加固作用,从而使松动圈内岩体保持稳定状态。

(1)锚杆长度确定。

L =L P +L 1+L 2

式中:　L ———锚杆长度m ;

L P ———围岩松动圈厚度,m ;

L 1———锚杆锚入松动圈以外稳定围岩的深

度,可取0.2～0.3m ;

L 2———锚杆在巷道中外露长度,m 。

(2)锚杆间排距确定。选取锚杆间排距相等,则

锚杆锚固力应满足以下条件:

Q min ≥L P ・D 2

・

γD ≤

Q min

L P ・

γ1/2

式中:D ———锚杆间排距,m ;

Q min ———锚杆最小锚固力,kN ;

γ———围岩的重力密度,kN/m 3。

(3)锚杆直径确定。按每根锚杆悬吊的岩石重量计算锚杆直径。

D 2

L P ・

γ≤πd 2

[σ]/4d ≥2D

L P ・γπ[σ]

1/2

式中:d ———锚杆直径,mm ;

[σ]———锚杆体许用应力,N/mm 2。3.3　不稳定围岩

当岩石松动圈大于1.5m 时,巷道围岩收敛变形较大,支护时除要有一定的支护强度外,还应具备一定的可缩性。现场实践表明,此时可采用锚喷网支护结构,锚杆参数选择原理与上述相同,但如松动圈厚度较大,锚杆过长安装不易,且承受较大的拉力,锚固效果可能不好。为此,在层状岩层结构下,选择较坚硬的岩层作为锚杆的锚固点,在巷道表面布置金属网并进行喷层处理,会取得理想的支护效果。

参考文献

1　李潮红.煤巷锚杆支护的分析及应用.煤炭科技,2003.4

2　靖洪文.回采巷道锚喷支护问题探讨与实践.矿山

压力与顶板管理,1995.3

(责任编辑　熊志军)

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