左旋高强锚杆及笼型锚索在深部煤巷中的应用.doc

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1、左旋高强锚杆及笼型锚索在深部煤巷中的应用摘要：为解决平煤股份十矿埋深800米以下巷道支护困难，巷道破坏严重，顶板压力大、围岩易破裂，松动圈扩大，掘进过程中巷道两帮移近和底鼓等支护难题。通过采用左旋高强锚杆及笼型锚索特性进行应用，发现通过合理的布局支护方式可以提高巷道支护强度，延长巷道的服务年限，减少巷道的后期维修量和返修量。　　关键词：高强锚杆；深井煤巷；支护　　中图分类号：TD353+.6   文献标识码：A   文章编号：1673-0992（2011）04-0108-02　　1己15-24080机巷概况　　平煤股份十矿己15-24080采面机巷，设计长度1952米，地面标高+190～+

2、280米，巷道标高-560～-660米，巷道埋深750～940m，梯形断面巷道中高3.0m，宽4.2m,顶板倾角10°～25°，平均17°。掘进过程中基本不受采面采动压力影响，煤层硬度f=1-3，与上部己14煤层间距12～15m；直接顶为深灰泥岩，厚1.2～2.0m，老顶为砂质泥岩，厚10～13m岩石抗压强度22－45MPa，层理一般，其上为0.5m厚的己14煤，再上为灰白色砂岩，厚>18m,岩石硬度f＝6-10；底板上部为黑色泥岩，厚1.5~5m,其下为1.5m厚的己16煤。该巷道原采用普通高强锚杆+钢绞线支护，部分围岩破碎段采用U29金属拱形棚子补强支护。随着工作面向前推进，一般2~3

3、个月后，巷道下帮顶板出现压断锚杆、切顶现象，需重新维修支护。　　2 左旋高强锚杆及笼型锚索的特性　　煤矿锚网、锚索支护作为一种主动支护方式，要达到理想的支护效果，在技术细节上需要进一步的优化。如锚杆的结构、锚杆组件、锚杆施工安装机具和锚杆与锚索的耦合问题等等。　　2.1左旋高强锚杆组件与配置　　有效的锚杆组件与合理的组件配置是整套锚杆发挥最佳性能的前提与关键，经过井下现场大量的应用与观测后表明，有效的锚杆组件可以确保锚杆提供最大的预紧力，最大的锚固强度和最佳的支护效果，下面对左旋锚杆中的组件分析：　　①塑料减阻垫圈：塑料减阻垫圈采用尼龙复合材料制作而成，其安装位置在锚杆承载钢制垫圈与阻尼螺

4、中间，重要的一点是减阻垫圈在锚杆安装过程中熔化并在一定预紧力的条件下被挤出，能够在螺母预紧的时候产生一层塑料液体膜，极大的减少螺母的安装阻力，提高锚杆的安装应力比。　　②阻尼螺母：在锚杆配件中，阻尼螺母是重要的组成部分，阻尼螺母选择的好坏直接关系到锚杆的扭矩应力比的高低，关系到锚杆预紧力的大小，也影响着巷道的支护效果。　　③锚杆托盘材质、强度与外形：现有煤矿使用的锚杆托盘种类繁多，材质不一，有铸造托盘和冲压托盘两大类，从实际使用效果来看，冲压托盘的强度与韧性较铸造托盘好很多，同时冲压托盘更轻便，但决定一个托盘合适与否的原则是控制面积与承载力。面积过小的托盘起不到有效控制围岩的作用，同时托盘

5、的承载力则是决定锚杆承载强度的关键因素，在托盘与锚杆杆体配套时，托盘的承载力不应小于杆体的破断强度。现状托盘的外形主要有方形和圆形两种，方形托盘主要为球形托盘，圆形托盘有蝶形和原扳两种。同等尺寸条件下，方形托盘的控制面积要大于圆形托盘，托盘强度也更高。　　在实验室中，经过测试球形托盘的承载力表现很好，其使用效果也很好。　　球形托盘(Q345)的测试结果：　　150×150×8mm   负差(7.5mm)  ——23T以上　　15×150×10mm   负差(9.5mm)  ——28T以上　　2.2左旋高强锚杆锚的优点：　　①该锚杆预应力大。左旋高强锚杆锚加工过程多了压圆、滚丝两个工艺，由于

6、该锚杆螺纹是国标螺纹，螺纹螺距2.5—3.0mm，螺纹自销效果好，可以施加高预应力。通过特制的阻尼螺母，很容易达到设计的预应力，120型气动锚杆钻机即可实现4吨的预应力。　　②锚杆锚固力高。因该锚杆杆体设计的螺纹方向为左旋方向和锚杆的搅拌树脂方向(右旋)相反，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个轴向挤压力。通过现场锚杆拉拔试验，表明同样杆体直径和同样树脂的情况下，左旋细丝预应力锚杆的锚固力比普通高强全螺纹钢锚锚杆、锚固力可提高20%以上。　　③杆体的有效断面大，锚杆的强度高。实验室试验表明，同直径同材质的左旋滚丝预应力锚杆的破断力比右旋等强锚杆和带肋螺纹钢锚杆的破断力高出20%以上。　　④特

7、殊部件的有效组合。左旋细丝预应力锚杆因采用了合理的阻尼螺母，另外采用了减阻特制高分子塑料垫圈，使锚杆的扭矩应力比大大提高。　　⑤左旋高强锚杆的强度。为了取得各种类型杆体的屈服强度与抗拉强度的可靠锚固剂，我们在实验室内进行了大量的左旋高强锚杆的拉拔试验，结果如表所示：　　　　　　　右旋等强锚杆杆体强度　　 ⑥扭矩测试：在实际实验室测试中，扭矩与应力的关系如下表所示，其中为了让试验结果更接近实际应用结果，所以使滚丝锚杆配减阻