新汶-高强锚杆支护技术

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1、严格执行掘进技术管理规范提高现场安全管理水平l 在巷道支护中，锚杆支护与传统的棚式支 护相比，具有显著的技术、经济优越性。其主 要表现在：锚杆支护可充分利用围岩的自承能 力将载荷体变为承载体；一般棚式支护属于“ 被 动”支护，基本不具有初阻力，只是在围岩 变形后，随着围岩变形的增加，支架支护阻力 随之增加，而通常使用的锚杆支护属于“主动” 支护，在锚杆安装以后，锚杆即对围岩提供轴 向或横向的支护阻力，且随围岩变形支护阻力 不断增加；与棚式支护相比，锚杆支护更有利 于改善巷道l的维护状况，保持巷道围岩的长期稳定，在相 同生产地质条件下，锚杆支护的巷道围岩变形 量通常要比棚式支护减少一半以上；锚杆

2、支护 还可以节约大量钢材，减少支护材料的运输和 装卸支架工作量，减轻工人的劳动强度和改善 作业环境；由于锚杆支护巷道围岩稳定性好， 巷道服务期间基本不需要维修，因而能够保持 工作面上下顺槽和开切眼的畅通，为回采工作 面快速推进和高产高效低成本生产创造有利条 件；锚杆支护巷道施工简单，机械化程度高， 可大幅度降低巷道支护成本，提高掘进速度和 生产效率。一、基本情况l目前新汶矿业集团有限责任公司老区平均开采 深度1020米以上，是全国最深的矿区之一。其 中孙村1285米，良庄1060米，华丰1220米，协 庄1215米，潘西1050米，翟镇矿915米，汶南 矿1000米，泉沟矿690米，南冶矿88

3、0米，鄂庄 矿710米，华源公司1040米。它集中了采深大、 地质构造复杂、矿井灾害性现象多重条件，使开 采支护极为困难。超千米的巷道地应力一般为 41.2MPa，巷道垂深每增加100米，地压增大 2.5MPa，岩石硬度较好的砂岩顶强度为70MPa，一 般岩石为30MPa-50MPa，煤层一般为12MPa。 锚杆支护应用从稳定岩层发展到了松软破碎岩层工程 ，从静压巷道发展到动压巷道，由全岩巷道发展到了 采区煤巷。锚杆的种类也从木锚杆发展成现在各式各 样的金属锚杆，锚杆支护形式由单一的锚杆支护发展 到现在的锚网带及锚索等多种方式联合支护，岩巷采 用了锚网喷二次支护形式、高强锚杆一次支护形式， 推

4、动了新汶矿区锚杆支护技术的发展，使目前锚杆支 护率达到97.15，其中煤巷96.7，岩巷98.3。 但随着开采深度的增加，取得的研究成果对现场的指 导作用仍存在局限性，特别是对深部支护缺乏指导性 ，出现前掘后修、巷道失修量增大等问题。l随着矿井开采条件的不断变化,新汶矿业集团公司每年都对掘进技术管理进行修订,不断适应现场的变化,根据锚杆支护技术的发展,采用先进的支护技术规范解决现场存在的问题。不断开发应用支护新技术、新设备、新材料，自2004年以来，与北京煤科院合作，研究应用了高强锚杆支护技术，取得了较好的支护效果，并在掘进技术管理规范中明确规定。有力地规范和促进了新汶矿区安全生产的发展。二、

5、新汶矿区深部巷道存在的问题 l新汶矿区使用的锚杆绝大部分为20MnSi全螺纹 右旋等强锚杆，杆体直径以20、18mm为主， 长度以1800mm、2000mm、2200mm、2500mm为主 。其中20mm直径的锚杆破断力在156kN，这种 全螺纹等强锚杆对顶板及煤帮的适应性强，特 别是围岩破碎，出现局部凸凹不平时，可顺利 实现贴帮贴顶。同时在巷修时，将锚杆截断后 ，仍可上托盘螺母护帮，而且锚杆的加工也比 较方便。由于这些优点，使得全螺纹差强锚杆 在新汶局得到大面积推广。但这种锚杆同时也 存在严重的缺陷，主要表现在以下几点： 1) 右旋螺纹在使用锚杆机搅拌树脂药卷时容易 造成“倒药”现象，致使锚

6、固剂在孔内充填不密 实，可能影响锚固效果，特别是在使用中速药卷 ，搅拌时间较长时。2) 全螺纹等强锚杆的螺距较大，虽然上螺母速 度快，但锚杆的预紧力偏小。根据现场实测，扭 矩为300Nm时，预紧力仅为10kN左右、预紧力偏低 ，极易导致对围岩的加固效果差，特别是强度低 的层状复合顶板，致使岩层出现破碎现象，加大 了支护难度。3) 从巷道支护情况看，各矿均出现不同程度的 锚杆被拉断或剪断的现象，说明锚杆强度偏低。4) 从煤层巷道两帮煤体的变形情况看，除锚杆 预紧力不够外，锚杆间煤体臌出现象普遍存在， 说明护帮构件面积不够。5) 等强锚杆螺母为铸造件，由于铸造精度不够 ，经常造成锚杆出现“退帽”现

7、象；另外在炮掘 施工巷道，由于放炮震动，普遍发生锚杆螺帽被 震松的现象，严重影响支护效果。6) 锚杆构件(托梁、托盘)强度不够。 在巷道变形量大的地段经常出现构件被 剪断、拉穿现象，铸钢托盘局部出现破 碎现象。从以上几点可以看出，等强锚杆很 难适应高应力、大变形的巷道支护需要 ，特别是岩层强度较低的复合顶条件下 巷道支护的需要，单纯靠加密支护参数 也难以解决。三、掘进技术管理规范 l 掘进技术管理l1、 掘进技术管理责任制；l2、 作业规程、补充措施； l3、巷道开门 ；l4、临时支护 ；l5、交岔点支护 ；l6、巷道贯通、预透 ；7、架棚支护； 8、砌碹支护 ； 9、综掘 ； 10、巷道工程

8、质量管理 ； 11、其它。锚杆支护技术管理 l1、总则 l根据新汶矿区开采的实际情况，规定允许使用的锚 杆种类包括以下五种:l金属全螺纹（20MnSi、 KMG335）钢等强锚杆;金 属管缝式锚杆（只限于回采巷道护帮或断层破碎带临 时支护）;金属水力膨胀式管子锚杆; 螺纹钢高 强锚杆（KMG450、KMG500、KMG600），适用于埋深大 于600米的巷道；玻璃钢锚杆（允许在使用时间较 短的，围岩稳定的切眼两帮及条件适宜的煤帮使用） ；经集团公司鉴定并经专业主管部门批准使用的新 型锚杆。锚杆的锚固方式 l端 锚：树脂锚固段长度350mm。 l加长锚：树脂锚固段长度700mm。l全 锚：树脂锚

9、固段长度锚深的80%；l 水泥锚固段长度为锚深的100%。l 煤层巷道顶板及深部全岩巷道大力推广 全锚；一般情况下应采用加长锚； 类煤巷顶板和深部全岩巷道严禁使用 端锚。 螺纹钢等强锚杆杆体结构 锚杆支护材料材质：20MnSi规格公称直 径（mm ）公称面 积（ mm2）截屈服 载荷（ KN）抗拉载 荷（KN ）重 量 (kg/m )延伸率 （%）螺 距 (mm)16160.1201.06691001.615100.218180.1254.47871262.015120.220200.1314.161081562.515120.222220.1380.131311893.015120.2252

10、50.1490.871692453.915120.2无纵肋左旋螺纹钢高强锚杆 1、螺母 2、尼龙垫圈 3、球型垫圈 4、锚盘 5、杆体 高强锚杆支护构件图锚杆支护材料中热轧矿用锚杆钢筋力 学性能表牌号屈服强度（Mpa ）抗拉强度（Mpa ）延伸率（）KMG33533549015KMG45045064015KMG50050066015KMG60060081515KMG 500型锚杆性能表材质：KMG 500规格公称直径 （mm）公称面积 （mm2）屈服载荷 （KN）抗拉载荷 （KN）重 量 (kg/m)延伸率 （%）尾部螺纹 长度(mm)2020.10.2326.851602102.671510

11、052222.10.2380.131902502.981510052525.10.2490.872453253.85151005KMG 600型锚杆性能表材质：KMG 600规格公称直径 （mm）公称面积 （mm2）屈服载荷 （KN）抗拉载荷 （KN）重 量 (kg/m)延伸率（% ）尾部螺纹 长度(mm)2020.10.2326.851902602.671510052222.10.2380.132303102.981510052525.10.2490.872953953.85151005管缝式锚杆（带倒楔）：材质：Q235冷卷钢板。 壁厚：2.2-2.5mm。 杆体直径：33mm。 开缝宽度

12、：10mm。初锚力 ：25KN/m。 长时锚固力：50-80KN。锚杆体的破断 力：90KN。 水力膨胀式管子锚杆 ：材质：30#低碳钢。 壁厚：2mm。 初锚力： 80KN。破断力：98KN。工作压力：20MPa。 钻孔直径：30mm。 锚固剂：锚杆支护巷道只准使用树脂锚固剂和用 于全锚的水泥锚固剂。 树脂锚固剂应符合煤炭行业标准MT146.1-2002； 用于全锚的水泥锚固剂应符合煤炭行业标准MT219- 2002。托盘：全螺纹等强锚杆托盘： 材质： 金属托盘采用屈服强度大于235MPa的钢材或球墨铸铁制作 。 M钢带托盘：应采用Q235A以上的钢材制作。 尺寸：110mm，厚度不小于8m

13、m，球形托盘规格尺寸 不小于100mm；M钢带托盘外形尺寸与M钢带内尺寸相吻合 ，长度不小于120mm。托盘孔直径应比锚杆杆体直径大1 2mm。 强度：不论采用何种材料和形式的托盘，其三点支撑抗 压强度不得低于锚杆设计锚固力。选用球墨铸铁等脆性材料 作托盘时，其极限载荷应为杆体载荷1.5倍以上。 顶板锚杆必须使用正规托盘，肩角和底角锚杆必须使用 异型托盘。 锚杆附件必须与杆体强度相匹配，在 螺母和球形垫之间增加尼龙垫圈，提高锚 杆的预紧力，托盘采用厚度8mm的钢板 加工。矿铸造大托盘，经有关部门检测， 强度符合规定，可用于巷道顶帮。W钢带 l针对深部支护W及M钢带易引起撕裂现象 ，开发了适应深

14、部支护的BHW-280-5.00 型厚钢带，厚钢带的强度比普通钢带提 高50以上，与高强锚杆配套使用，大 大提高支护的整体性及围岩控制效果， 避免了钢带撕裂、锚杆失效的问题。 W钢带：规格、性能表 型 号展宽 W0 (mm)宽 W (mm)平宽B (mm)厚 T (mm)高 H (mm)边孔距 L0 （mm）拉断力 F （KN）重量 G (kg/m)BHW-280-3.00310280155.63.0024.64150353.977.25BHW-280-2.75310280155.62.7524.64150324.476.65BHW-250-3.00280250135.73.0024.6415

15、0314.646.55BHW-250-2.75280250135.72.7524.64150288.426.01BHW-280-5.00310280155.65.0024.64150500.0012.00M钢带：规格、性能表 型 号展 宽 W0 m m宽 W m m厚 T m m高 H m m边 孔 距 L0 m m重量 G kg/m屈服 载荷 KN破断载 荷 KN向下的 截面模 量 mm3向上 的截 面模 量 mm3钢带截 面利用 率 mm3/kgGRT M31731373301504.05124.56190594421601468GRT M41731374301505.40166.0824

16、0792628801468GRT M51731375301506.75207.6300990836001468GRT M61731376301508.09249.123601188943201468托板W钢托板： W钢带板材压制或截割，尺 寸：400280mm。 水泥托板： 圆型，尺 寸250-300mm，厚度60mm；其强度要求到 达C30。菱镁土托板：圆型，尺寸250- 300mm，厚度40mm。网： 金属菱形网：使用10#以上铁丝编织，网格尺寸 不大于5050mm，适用于煤巷锚杆支护。金属经纬 网：使用10#以上铁丝，或同直径冷拨铁丝编织，网 格尺寸8080mm，网格均匀，适用于锚网喷或二次锚 网喷支护巷道。钢筋网：