小孔徑快速錨固錨索支護技術研究與應用

孫愛軍

【摘 要】預應力錨索具有長度大、錨索端深入巖體、錨固力大等優(yōu)點，在巖層穩(wěn)定性差、巷道（確室）斷面大、圍巖壓力大的情況下能提供強有力的支護手段。但這種支護方式要求設備多且重、施工復雜、勞動強度大、技術要求高，因而應用范圍較為有限。

【關鍵詞】小孔徑；錨固錨索；技術研究

1.小孔徑樹脂卷快速錨固錨索的改性方向

小孔徑樹脂卷快速錨固錨索是在普通錨索的基礎進行技術改造而成的。

1.1錨索主體

普通錨索采用3～4根7×φ5mm/鋼絞線，因此要求錨索孔直徑達100mm，鉆孔難度大，而小孔徑樹脂卷快速錨固錨索采用單根7×φ5mm鋼絞線，錨索孔直徑在φ27～32mm，可大大降低施工難度。

在煤礦井下打φ100mm的鉆孔須用地質鉆機才能完成，設備體積大，搬運極不方便，鉆孔操作困難；φ32mm的鉆孔只需普通錨桿鉆機就能完成，而且鉆孔速度大大提高，6m長的鉆孔約需30min就可鉆成。

在錨索安裝方面，單根鋼絞線的錨索重量輕，井下運輸方便，向鉆孔推送只需一人就能完成，免去了普通錨索運輸困難和需2～3人向巖孔送索的高強度勞動。

1.2錨固劑

普通錨索的錨固劑有水泥砂漿和快硬樹脂兩種，安裝錨索時都需專用注漿泵向鉆孔注漿，設備多，重量大，一旦注漿過程中出現(xiàn)異常情況（如排氣管堵塞），須停止注漿，拉出錨索，重新推送，重新注漿。小孔徑樹脂卷錨索無須注漿，只在推送鋼絞線時，先將1～2個樹脂卷放入孔中，鋼絞線推送到位后，用錨桿鉆機帶動鋼絞線攪勻樹脂即可，幾十分鐘乃至幾個小時的注漿只用30s即可完成。

1.3錨索結構

普通錨索由3～4根鋼絞線為主體，還需注漿管、排氣管等輔助材料。這些輔助材料一般都須在地面組裝好，在運輸過程中很難保證不被損壞，而小孔徑樹脂卷錨索不用注漿，無須注漿管、排氣管等，地面組裝簡單，井下運輸和安裝方便。

2.小孔徑樹脂卷快速錨固錨索的結構

錨索由鋼絞線、毛齒、擋箍、墊板和錨具等組成。

2.1鋼絞線

鋼絞線是錨索承受、傳遞支護力的主體，小孔徑錨索采用單根7×φ5mm冷軋鋼絞線。鋼絞線的長度視錨索孔深度而定，一般比孔深大0.5m即可。通常小孔徑錨索長為5～8m。

2.2錨齒

錨齒的主要作用是打爛、攪拌樹脂卷。另外錨齒也起到使錨索居中定位的作用，避免鋼絞線偏靠孔壁一側而影響錨固質量。錨齒的形式可多變，只要滿足功能要求即可。錨齒是金屬環(huán)與頂絲組合構成。錨齒可用螺栓或點焊的方式固定在鋼絞線上，沿鋼絞線錨固段200～300mm設一個錨齒。

2.3擋箍

擋箍的作用是在攪拌樹脂卷、推送錨索過程中，擋住膠狀樹脂使之不能流出錨固端外。可選橡膠或塑料，內徑能箍緊在鋼絞線上為準，外徑應略小于錨索孔徑。

2.4墊板、錨具

墊板和錨具是錨索的外錨固端的受力部位。墊板宜采用l0mm厚的圓形或矩形鋼板，巷道圍巖較硬時也可采用普通錨桿的墊板。錨具須選購標準件。

3.錨索安裝工藝

小孔徑樹脂卷快速錨固錨索的安裝施工主要有三個環(huán)節(jié)，即鑿孔、安裝及張拉。

3.1鑿孔

（1）按錨索設計的孔位、孔深和角度等，用錨桿鉆機鑿孔。

（2）鑿孔到設計深度后，鉆桿帶著鉆頭在孔中鏜幾次，將孔壁上滋翹的石渣除掉，使孔壁光滑孔徑不小于設計尺寸。

（3）成孔要直，45°角以下的孔要進行吹孔清理。

（4）當錨索在孔中推送、拔出順暢自如時，視該孔為成孔；否則為不合格孔，應按“（2）”條進行清孔。此孔實在達不到要求，應錯開原孔位打新孔。

3.2安裝

（1）檢查錨索錨固段結構是否完好無損，破壞、松動的部位要修整，生銹的部位要用刷子清除，沾染的污垢要沖洗干凈，禁用折彎等不合格的錨索。

（2）送錨索前用錨索探孔，錨索在孔中推送、拔出自如后方可進行下一步驟，否則要處理鉆孔。

向孔內送入樹脂卷和錨索。先將樹脂卷送入孔內，（按快慢性能順序送入），后用錨索推送樹脂卷至孔底。

3.3張拉

當攪拌安裝達到凝固時間后（一般凝固時間設計為30min，若工程狀況允許可延長些），就可以張拉了。

（1）將機具等安裝連接好。

（2）墊實墊板，墊板平面要垂直于鉆孔軸線，保證錨索受力在一條直線上。

（3）1人加壓（操作手動或電動加壓泵）、1人觀看壓力表、1人觀察千斤頂及其周圍情況，達到設計的預應力便停止加壓，當出現(xiàn)其它異常情況（如系統(tǒng)漏油、壓力突增突減、異常聲音、墊板底部結構壓壞等）暫停加壓，回缸卸壓、處理情況。

4.應用實例

邢臺礦務局葛泉煤礦多年來錨噴、錨網(wǎng)支護技術應用的較好，錨噴、錨網(wǎng)巷道占有率70%以上，名列全局前茅。該項支護技術提高了巷道施工速度，支護成本相對經(jīng)濟，帶來了可觀的效益。但目前情況錨噴、錨網(wǎng)支護形式及參數(shù)還不能有效地解決壓力較大、破碎帶、交岔點等巷道的支護問題。這些地方還需依賴于木支架、金屬支架等強硬的被動式支護方式，這將帶來掘進量大、斷面利用率低、支護成本較高等技術經(jīng)濟問題。解決這一技術問題，以1326工作面回采巷道支護為例，在原有較好的錨網(wǎng)支護技術基礎上，引入錨網(wǎng)、快速錨索綜合支護技術，把錨桿與快速錨索新技術有機地結合起來，解決l326工作面巷道支護問題，取代了木支架、金屬支架支護形式，使該礦錨網(wǎng)支護及應用錨索新技術方面上一個新臺階，為全局推廣使用做出榜樣。

4.1地質條件簡述

邢臺礦區(qū)面積464km2，全礦區(qū)地質條件較為復雜，斷層、陷落柱多，給礦區(qū)的井巷支護帶來難度?？刹擅簩訁^(qū)域巖性大體一致，無大變化。煤層頂板、破碎帶、斷層帶等區(qū)域代表性巖性為細砂巖、粉砂巖、中粒砂巖、砂頁巖、野青灰?guī)r等。其巖性的主要力學指標。

4.2支護施工

按支護設計方案進行施工。工作區(qū)域施工內容為兩部分，一是迎頭處的掘進和錨網(wǎng)施工；二是快速錨索施工。兩項工作以互不影響的最小間隔為宜，一般在10m左右。共施工巷道l300m，轉盤硐室一個，安裝快速錨索260根。

4.3效果分析

錨索與錨網(wǎng)聯(lián)合支護解決了葛泉煤礦巷道頂板、交岔點、破碎帶等難支護區(qū)的支護問題，為葛泉礦乃至全局在應用錨索技術，解決疑難支護問題方面提供了新的手段?？偨Y起來，快速錨索具有以下優(yōu)點：

（1）施工速度快，承載快，更適用于需快速支護的工程?？焖馘^索，從打孔到張拉承載1h完成，這一過程比注漿錨索時間上縮短了5～7d。對于壓力大、變形快、需快速支護的工程，快速錨索有明顯的技術優(yōu)勢，為確保安全生產(chǎn)提供了技術保證。

（2）對圍巖的適應性強，工程質量可靠。快速錨索用樹脂卷錨固，錨固劑為粘稠狀，凝固速度快，不會因圍巖裂隙發(fā)育、破碎等原因出現(xiàn)漏漿、跑漿而造成錨固質量問題，上平巷破損帶錨索試驗證實了這一點。按施工程序要求進行，錨索錨固合格率達100%。

（3）錨網(wǎng)一錨索聯(lián)合支護取消棚架支護，實現(xiàn)巷道錨桿（索）網(wǎng)支護一體化。在錨網(wǎng)支護難度大的區(qū)域，增加錨索支護手段，實行錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護，取代以往木棚、金屬棚架等支護，使巷道斷面保持一致，減少風阻，減少掘進量，整個巷道支護為錨桿（索）網(wǎng)一體化。

5.結束語

巷道支護穩(wěn)定性好，安全性高。錨網(wǎng)、錨索支護與金屬棚架支護方式對比分析看出：金屬棚架支護屬被動式剛性支護，壓力顯現(xiàn)大，巷道變形大。局部壓力突出使棚架產(chǎn)生較大彎曲，而使整體棚架可能處于不穩(wěn)定不安全狀態(tài)；錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護結構屬積極的支護體系，既有柔性特點使圍巖釋放部分應力，又能充分發(fā)揮自身強度，與圍巖共同作用，使得支護結構安全穩(wěn)定。錨網(wǎng)、錨索支護區(qū)域的巷道變形量小，變形均勻，變形趨于穩(wěn)定的時間短。 [科]