锚索锚固性能不稳定原因范文

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《煤矿开采杂志》2014年第三期

1原因分析

1.1地质条件由于断层的存在使得14505轨道巷层位发生变化，3根不同位置的锚索锚固的位置如图1所示。由图1可知:(1)由于断层的存在，5号煤被抬升，14505轨道巷顶板变为5号煤层。(2)右帮锚索全部打在5号煤层内，该煤层较软，不利于成孔。(3)巷道中间及左侧锚索孔，穿过3个煤岩交界面，且都在锚固段内。由于煤层及顶板赋存不稳定，为了进一步了解顶板围岩结构及强度，采用电子钻孔窥视仪对断层附近巷道正中间顶板的9m范围内煤岩层结构进行了详细观测，结果显示，巷道顶板煤岩层节理裂隙比较发育，如图2所示。巷道顶板0～2.8m为5号煤层，平均单轴抗压强度10.42MPa;2.8～3.6m为碳质泥岩，黑色，疏松块状，含碳量较高，裂隙发育，岩层完整性较差;3.6～4.0m为4号煤层;4～6.5m为碳质泥岩，黑色;6.5～9.0m为泥岩，灰黑色，岩层完整性较差。井下锚索安装过程中发现，巷道顶板右侧锚索孔在4m左右出现塌孔，树脂锚固剂向孔底推送困难;或锚索孔被刷大，锚固剂无法推送到孔底，导致锚索锚固力存在达不到设计要求的情况，当张拉到30MPa(对应120kN)时张拉力不再增加。从以上分析可以看出，由于巷道围岩强度较低，且节理裂隙发育，导致锚索孔成型后过大，使锚索的锚固力不能达到设计要求，从而影响锚索高预紧力的施加，最终影响整个锚网索的支护效果。

1.2索体形状锚索索体一般用具有一定弯曲柔性的钢绞线制成，煤矿用锚索为1×7股和1×19股2种(图3)，与螺纹钢锚杆杆体表面形态不同，索体表面光滑无横肋。荣冠等人研究结果表明［5］，由于螺纹钢锚杆表面螺纹起伏使其与粘结物之间明显存在挤压、剪胀、剪断等作用从而较大地提高了锚固强度。可见光滑的索体表面是影响软弱煤岩层锚索锚固力的另一个原因。

1.3树脂锚固剂性能井下使用2种不同厂家生产的树脂锚固剂，为了研究树脂锚固剂的锚固性能［4］，在实验室对树脂锚固剂抗压强度及抗拔力进行试验。按照试验标准，把甲乙2个厂家的树脂锚固剂各做3组40mm×40mm的立方体试块，进行抗压强度试验，试验温度为22℃左右，放置时间为24h，抗压强度不得小于60MPa，试验结果如图4所示。由图4可看出，甲、乙两厂家树脂锚固剂的抗压强度存在一定的差异。甲厂家3组不同的树脂锚固剂试块的抗压强度均符合标准要求，即抗压强度不小于60MPa，其中2组树脂锚固剂的抗压强度大于130MPa，另一组大于90MPa;乙厂家3组不同树脂锚固剂试块的抗压强度波动性较大，其中两组树脂锚固剂的抗压强度大于90MPa，另一组小于40MPa，低于树脂锚固剂抗压强度要求。对不同厂家的锚固剂做抗拔力试验，采用内径30mm的钢管，锚杆采用22mm，屈服强度500MPa左旋无纵肋螺纹钢锚杆，锚固长度125mm，锚固时间为2h，抗拔力不得小于100kN。试验结果如图5所示。由图5可以看出，甲、乙两家树脂锚固剂的抗拔力存在明显差别。甲厂家树脂锚固剂3组抗拔力试验均大于130kN，能达到标准要求(抗拔力应大于100kN)，且3组锚固剂抗拔性能比较稳定，抗拔力峰值没有明显波动;乙厂家树脂锚固剂3组抗拔力试验曲线波动性较大，其中两组试验的抗拔力小于82kN(1组为81kN，1组为67kN)，另外一组试验的抗拔力符合标准要求，其值为120kN。可见，树脂锚固剂性能不稳定也是影响锚索锚固力达不到要求的原因之一。

2解决途径

从以上分析可知，造成锚索锚固力不稳定的原因有3个:一是煤岩层强度较低;二是锚索索体光滑无横肋;三是树脂锚固剂性能不稳定。针对以上原因，提出以下解决途径:(1)由于顶板赋存不稳定，导致锚索锚固段处于强度较低的层位时，可以动态设计锚索长度使锚固段处于岩层强度相对较高的层位。王村煤矿14505轨道巷在断层段，通过窥视和强度测试发现顶板4～8m范围为泥质砂岩，强度为28MPa左右，相对较高，因此将锚索长度由5.3m变为7.3m，锚索抗拔力可以达到180kN以上。(2)为增大锚索索体与锚固剂的粘结面积，提高锚固力，通过改变锚索锚固段表面形态将锚索锚固段改装成“鸟笼状”，可显著增加锚固强度。在不增加锚索长度的前提下，通过把14505轨道巷锚索锚固段变为“鸟笼状”，锚固力也可以达到180kN。(3)目前，随着我国煤炭行业对树脂锚固剂需求的不断增加，生产树脂锚固剂的厂家有上百家，各厂家生产的树脂锚固剂质量存在明显差异。因此，要选择规模大、实力雄厚、具有多年生产和使用经验的厂家，并经过井下锚固力试验来确定树脂锚固剂的用量和锚固剂规格、型号。将以上措施应用于井下，完全解决了锚索锚固性能不稳定的问题，提高了安装锚索的成功率，减少了打孔数量，提高了支护速度。

3结束语

(1)当顶板煤岩层松软破碎强度较低时，锚索锚固力会明显下降，解决好锚索锚固力问题是保证支护效果的前提。(2)影响锚索锚固力的因素有很多，加强锚索锚固力的现场试验来确定锚索支护参数是最真实、可靠的办法。(3)通过对影响锚索锚固力因素及解决途径的分析，为今后煤矿锚索设计和施工提供了重要的参考，并希望能引起有关技术人员的重视，加强对锚索锚固力设计的关注和现场施工的管理。

作者：王海宁汪占领孟宪志单位：陕煤澄合矿业有限公司生产部天地科技股份有限公司开采设计事业部