井巷工程混凝土支护专项施工方案 [论井巷工程中如何提高锚喷支护的支护质量]

　　【摘 要】作为一种主动支护方式，锚喷支护在井巷工程中被广泛采用。文章在分析影响锚喷支护质量的因素的基础上，提出了自己关于如何提高锚喷支护质量的见解，具有一定的参考价值。
　　【关键词】井巷工程；锚喷支护；锚杆；锚固剂；混凝土
　　0 前言
　　锚喷支护是联合使用锚杆和喷混凝土或喷浆的支护方式。自上世纪60年代以来，该支护方式已被广泛采用。锚杆和喷射混凝土与围岩共同形成一个承载结构，可有效地限制围岩变形的自由发展，调整围岩的应力分布，防止岩体松散坠落。下面，本文将对井巷工程中如何提高锚杆支护的质量作一些浅显的探讨。
　　1 影响锚杆支护质量的因素分析
　　1.1 锚杆的材质
　　锚杆常用的金属材料多采用Q235(A3)圆钢作为锚杆杆体,其屈服强度为240MPa。这种材料的力学性能直接影响着锚杆的强度和可延伸性等力学性能,再加上加工工艺的局限性使其锚尾有效直径比锚杆实际公称直径小1.8mm-2.1mm,截面面积减少20%-25%。大量研究表明,锚尾的受力十分复杂,不但承受轴向拉应力,还要受到弯曲应力的作用,工作条件恶劣,受力大,因此,要求锚尾的螺纹强度有效截面直径不小于杆体的实际公称直径。采用高强度或者超高强度金属材料作为杆体材料,可以大大提高锚杆的力学性能。
　　1.2 锚固形式
　　在我国煤矿巷道锚喷支护所选用的锚杆直径大部分在14mm-20mm之间,钻孔直径在32mm-42mm之间,这时端锚锚杆的杆体与钻孔壁之间有15mm左右的空隙,空隙使得锚杆切向锚固力得不到充分的发挥。在采用全锚锚杆时,锚杆与钻孔壁之间的空隙被锚固剂所填充,当围岩发生变形时,全锚锚杆切向锚固力可以及时承载,起到支护巷道的效果。全长锚杆不但比端锚锚杆锚固力大,而且其径向锚固刚度也比端锚锚杆要大,而端锚锚杆也只能在杆体的两端起到作用,其径向锚固力也增长的很慢。
　　现在大多数煤矿采用端锚锚杆锚固,虽然端锚锚杆锚固操作简单,经济实用,但是端锚锚杆对于围岩松软、破碎、地应力大的巷道的支护有着其局限性,只有采用全长锚固锚杆才能克服端锚锚杆的局限性。全长锚固锚杆与端锚锚杆相比具有以下优势:全长锚固时,锚杆及围岩的受力状态好,实际锚固力大；全长锚固可以使锚杆具有较高的锚固力和抗剪能力；全长锚固能有效地提高锚杆支护系统的刚度,限制围岩变形的发生；全长锚固可有效地约束顶板围岩的变形和位移。
　　1.3 锚固剂
　　锚固剂材料原先都是采用快硬水泥锚固剂,这种锚固剂在使用过程中,存在水灰比难于掌握、凝结时间长、施工难度大、人为因素影响波动大等缺陷。锚杆与围岩紧密接触,可以使锚杆与岩体之间具备良好的传力性能。采用树脂锚固剂可以使杆体强度大大提高,尾部螺纹强度基本上与杆体本身等强。树脂锚固剂可以缩短固化时间,安装后15min,树脂固化程度就可以达到80%-90%。与传统锚固剂相比树脂锚固剂具有:初锚力大、锚固可靠、超早强、微膨胀、承载快、便于操作等特性,可以减少人为因素的影响,达到最佳的锚固效果。近年来随着矿井开采深度的增加和地质条件的不断变化,使树脂锚固剂的应用研究也进一步拓宽。
　　1.4 支护时间
　　煤矿巷道在开挖后,围岩的受力状态发生了改变,由原来的三向变为二向受力状态,变形和位移开始加大。如果这时得不到及时支护,就有可能对巷道的安全造成隐患,准确把握支护时间,对于巷道支护效果至关重要,在工程实践中,一般从放炮到锚杆的安装以不超过4h为宜,在一些稳定性较差的岩层中,支护应紧跟工作面,以不超过2h为宜。
　　2 混凝土对支护质量的影响
　　2.1 混凝土喷射厚度对支护质量的影响
　　混凝土喷层的作用主要体现在2个方面,一是起着参与并形成组合拱结构的作用,为了起到这个作用,必须是混凝土喷层与围岩紧密结合并伴随着围岩的变形而不发生离层的现象,所以喷层并不是越厚越好,随着混凝土喷层厚度的增加,其刚度也随之增加,这就使得喷层与围岩容易发生离层现象,从而最终导致巷道的破坏。二是起到保护巷道不被侵蚀的作用。在工程实践中,一般巷道混凝土喷层以80mm-120mm为宜；对于稳定的巷道,也可在30mm-50mm之间；对于喷层厚度在50mm-100mm以上时,应该分层喷射,以达到喷射效果,并可降低成本。
　　2.2 混凝土材料对支护质量的影响
　　锚喷用混凝土应当采用普通硅酸盐水泥,这种水泥凝结硬度快,保水性好,早期强度增长快。可是火山灰质水泥、矿渣水泥的性质与它相反,故不宜采用,且标号以不低于400号为宜。粗骨料石子使用前应进行筛选,河卵粒径应不大于25mm,碎石粒径应不大于20mm,级配适中,应不含有杂质,实验表明,选用级配适当的小粒径碎石作为喷射混凝土骨料代替河砂,可获得良好的喷射混凝土效果。
　　速凝剂的掺量必须严格进行控制,而且应在喷射前的最短时间内加入,尽量做到随搅随喷,否则,对速凝效果和混凝土质量都有不良影响。据实验资料表明,掺速凝剂后,混凝土的后期强度会有明显的降低,与不掺速凝剂时对比,强度降低20%-30%,抗渗性和收缩性也会有所下降,当速凝剂的用量大于7%时,会产生一种水泥的急凝现象,会大大降低混凝土的强度。
　　随着建材行业的快速发展,一些水泥厂相继研制出来了超早强水泥、煤矸石速凝早强水泥和喷射水泥,并在井下做了喷射混凝土支护工业性实验,显示出了速凝、快硬、早强、高强和微膨胀等优良技术性能。
　　3 提高煤矿锚喷支护质量的措施
　　通过对影响锚喷支护质量的因素的分析,提出了解决这些问题的一些措施,为锚喷支护的改进与完善提供借鉴。主要途径如下:
　　3.1 建立一套合理的锚杆支护设计方法。随着新奥法、收敛约束法在国际上的流行,美国、澳大利亚等国采用了“地质力学评估-计算机数值模拟进行初始设计-现场施工、监测-信息反馈、修改完善设计”的设计方法。
　　3.2 选择合理的锚喷支护结构。由于井下地质条件复杂,岩体结构多变,在应用锚喷支护技术时必须根据具体情况分析,因地制宜,制定合理的锚喷支护结构。开发推广适用性强的锚喷联合支护形式,如锚喷网支护、锚喷网加型钢联合支护等。
　　3.3 进一步研究锚喷支护机理,完善支护工艺。研究高强度喷射混凝土及高强度的锚杆、锚索等支护材料,以解决深部巷道锚喷支护问题。
　　3.4 煤层巷道中采用锚杆与锚索联合支护进行补强。由于煤矿综放面回采巷道断面大,围岩松软变形大,采用单一的锚杆支护已难以适应。在煤层巷道中采用锚杆与锚索联合支护,变得越来越普遍。锚杆与锚索联合支护既能最大限度地发挥锚杆和锚索各自的支护性能,又能根据其各自的支护特性,联合取得最大的支护效果。
　　3.5 完善锚喷支护的监测工作。锚喷支护是一种隐蔽性很强的工程,只有完善锚喷支护的监测工作才能确保巷道的安全可靠性。由于理论和技术条件的限制,锚喷支护技术必然存在支护不足区域,只有采用各种监测方法,及时地发现问题,才能最大限度地控制事故的发生。
　　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,2004.
　　[2]马念杰、潘玮、李新元.煤巷支护技术与机械化掘进.徐州[M]:中国矿业大学出版社,2008,157,4.
　　[3]刘冠奇.煤矿锚喷支护质量因素的分析[J].山西能源与节能2007.6.
　　[4]赵晨德.浅谈锚喷支护在井巷工程应用中的问题和对策[J].科技情报开发与经济2005.11.
　　作者简介：
　　王瑞喜（1982.2---）男，助理工程师，2012年1月毕业于太原理工大学煤矿开采专业，现任山西高平科兴牛山煤业有限公司掘进队副队长。