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浅谈锚杆支护存在的几个问题
2011-07-27
通过小官庄铁矿和其它矿山锚杆支护存在的问题, 进行了深入的总结, 归纳出目前锚杆支护存在 的问题, 并分析了存在这些问题的原因, 提出了锚杆支护设计与施工存在的问题。
文 章 编 号 : 1003- 5923 (2003) 04- 0040- 03 浅 谈 锚 杆 支 护 存 在 的 几 个 问 题 赵 兴 东 , 张 永 彬 ( 东 北 大 学 岩 石 破 裂 与 失 稳 研 究 中 心 , 辽 宁 沈 阳 110006) 摘要 : 通 过 小 官 庄 铁 矿 和 其 它 矿 山 锚 杆 支 护 存 在 的 问 题 , 进 行 了 深 入 的 总 结 , 归 纳 出 目 前 锚 杆 支 护 存 在 的 问 题 , 并 分 析 了 存 在 这 些 问 题 的 原 因 , 提 出 了 锚 杆 支 护 设 计 与 施 工 存 在 的 问 题 。 关 键 词 : 锚 杆 支 护 ; 机 理 ; 围 岩 监 测 中 图 分 类 号 : TD 353. 6 文 献 标 识 码 : B 非 常 严 重 (见 图 1)。还 有 一 些 矿 山 存 在 着 类 似 的 问 1 概 述 早 在 40年 代 开 始 , 美 国 和 前 苏 联 就 已 在 地 下 矿 [ 6- 7 ] 。目 前 , 支 护 工 作 已 经 成 为 制 约 矿 山 题 , 见 资 料 生 产 的 “ 瓶 颈 ”。 这 些 破 坏 主 要 表 现 为 : ① 喷 层 掉 皮 、 剥 落 , 而 且 发 生 喷 层 开 落 现 象 ; ② 锚 杆 支 护 根 本 没 有 起 到 应 有 的 作 用 。 锚 杆 被 拔 出 部 分 严 重 地 段 , 垫 板 被 压 的 反 折 过 来 ; 锚 杆 端 部 的 螺 母 被 崩 落 ; 有 些 锚 杆 被 直 接 拉 坏 , 锚 杆 被 拔 出 , 一 些 种 类 锚 杆 本 身 发 生 杆 体 腐 蚀 现 象 ; ③ 锚 杆 安 设 不 好 , 会 出 现 顶 板 严 重 破 坏 , 两 帮 向 巷 道 内 移 近 , 有 底 鼓 现 象 发 生 ; 更 严 重 的 有 时 会 造 成 整 个 顶 板 突 然 间 整 体 垮 落 ; ④ 钢 筋 网 没 有 起 到 作 用 , 形 同 虚 设 等 。 山 巷 道 使 用 了 锚 杆 支 护 , 以 后 在 煤 矿 、金 属 矿 山 、水 利 、 隧 道 以 及 其 它 地 下 工 程 中 迅 速 地 得 到 了 发 [ 展 1 ] 。 与 此 同 时 , 人 们 对 锚 杆 支 护 作 用 机 理 作 了 广 泛 的 研 究 , 提 出 了 多 达 十 几 种 的 锚 杆 支 护 理 [ 1- 3 ] 。工 程 应 用 方 面 , 在 国 外 , 一 些 国 家 的 煤 巷 支 论 护 几 乎 全 部 采 用 锚 杆 支 护 ; 在 国 内 , 地 下 矿 山 锚 杆 支 护 的 比 重 也 在 逐 渐 提 高 , 有 些 矿 山 的 支 护 已 经 基 本 上 完 全 采 用 锚 杆 支 护 。国 内 外 学 者 对 锚 杆 支 护 的 [ 4- 5 ] 理 论 与 实 践 工 作 作 了 大 量 贡 献 , 促 进 了 锚 杆 支 护 技 术 不 断 发 展 和 日 益 成 熟 。尽 管 人 们 对 锚 杆 支 护 工 作 的 理 论 与 实 践 研 究 进 行 了 大 量 的 研 究 工 作 , 但 是 目 前 锚 杆 支 护 的 巷 道 仍 然 存 在 着 许 多 问 题 。 2 工 程 实 况 鲁 中 矿 业 公 司 小 官 庄 铁 矿 是 一 座 大 型 金 属 矿 山 , 其 巷 道 破 坏 特 别 严 重 。现 在 为 了 控 制 地 压 , 部 分 地 段 采 用 二 次 支 护 , 其 具 体 的 支 护 情 况 为 : 第 一 次 支 护 采 用 砂 浆 锚 杆 , 砂 浆 锚 杆 长 1. 8 m , 间 排 距 为 图 1小 官 庄 铁 矿 锚 杆 支 护 下 围 岩 破 坏 情 况 3 存 在 问 题 的 原 因 0. 8庄 0. 8 m , 喷 射 混 凝 土 厚 度 为 50~ 70 mm , 钢 筋 网 的 网 度 为 200庄 200 mm , 钢 筋 为 5 6。第 二 次 支 护 采 用 中 深 孔 锚 杆 压 双 筋 条 进 行 支 护 、中 深 孔 锚 杆 间 排 距 为 1. 3 m , 锚 杆 为 5 22圆 钢 , 垫 板 为 80庄 120庄 3 . 1  地 质 工 作 方 面 地 质 工 作 是 一 座 矿 山 生 产 的 第 一 位 工 作 , 地 质 资 料 是 矿 山 设 计 、 施 工 的 基 础 , 地 质 工 作 的 好 坏 决 定 着 设 计 、施 工 的 质 量 。同 样 , 锚 杆 支 护 质 量 与 巷 道 地 质 工 作 有 相 当 大 的 关 系 。 目 前 , 矿 山 普 遍 存 在 着 一 个 问 题 : 地 质 环 境 复 杂 , 基 础 信 息 匮 乏 。 众 所 周 知 , 地 质 勘 察 设 计 阶 段 , 仅 能 够 给 出 矿 区 的 地 质 格 1 20 mm , 锚 杆 端 头 用 螺 母 拧 紧 , 同 样 采 用 砂 浆 锚 杆 。锚 杆 孔 为 5 40但 是 部 分 地 段 已 采 用 5 60的 锚 杆 孔 。 双 筋 条 为 5 8 (5 10) 庄 70庄 3000 mm。 在 此 种 支 护 条 件 下 , 巷 道 同 样 破 坏 , 有 的 地 段 而 且 破 坏 的 收 稿 日 期 : 2003- 05- 09 作 者 简 介 : 赵 兴 东 (1975— ) , 辽 宁 辽 中 人 , 助 理 工 程 师 , 硕 士 在 读 , 1999年 毕 业 于 焦 作 工 学 院 , 现 主 要 从 事 岩 石 破 裂 与 失 稳 研 究 工 作 。 分 40分 2003. № 4矿 山 压 力 与 顶 板 管 理 局 , 不 可 能 完 全 明 确 给 出 某 条 巷 道 的 具 体 地 质 情 况 。另 外 , 即 使 地 勘 阶 段 给 出 了 断 层 、破 碎 带 及 地 质 情 况 发 生 变 化 的 位 置 , 然 而 其 准 确 程 度 相 差 甚 远 , 这 就 给 设 计 与 施 工 带 来 了 很 大 的 困 难 , 如 巷 道 的 选 址 、巷 道 断 面 尺 寸 的 选 取 和 锚 杆 支 护 参 数 选 取 和 布 置 方 式 等 , 都 需 要 地 质 资 料 。 有 些 矿 山 单 条 巷 道 地 质 工 作 做 的 挺 好 , 但 是 没 有 从 整 个 矿 山 系 统 地 分 析 地 质 情 况 , 造 成 不 能 够 正 确 的 反 应 地 压 的 来 源 , 作 支 护 工 作 时 , 只 埋 头 研 究 某 一 条 巷 道 为 什 么 围 岩 破 坏 , 这 是 不 正 确 的 。 如 果 从 整 体 考 虑 巷 道 在 矿 山 中 所 处 的 周 围 围 岩 情 况 及 其 与 周 围 巷 道 之 间 的 相 互 关 系 , 就 可 以 正 确 的 判 断 来 压 方 向 , 切 断 来 压 源 , 就 可 以 大 大 缓 解 支 护 的 困 难 。有 些 矿 山 巷 道 围 岩 遇 到 水 后 发 生 膨 胀 现 象 , 这 种 情 况 造 成 的 围 岩 破 坏 , 采 用 锚 杆 支 护 不 容 易 控 制 , 只 有 依 靠 不 断 扩 帮 来 处 理 , 如 金 川 镍 矿 。 总 之 , 地 质 工 作 是 基 础 工 作 , 一 定 要 重 视 地 质 工 作 的 作 用 。 比 如 层 节 理 的 作 用 , 如 图 2所 示 (图 2b 中 的 锚 杆 尽 管 支 护 了 , 但 是 没 有 起 到 任 何 作 用 )。所 以 锚 杆 支 护 设 计 时 应 注 意 围 岩 的 情 况 , 分 析 岩 层 , 裂 隙 与 节 理 方 向 , 再 选 择 锚 杆 。 锚 杆 设 计 必 须 考 虑 到 巷 道 顶 板 状 况 , 根 据 顶 板 赋 存 分 别 设 计 锚 杆 支 护 形 式 , 采 用 多 种 锚 杆 支 护 类 型 进 行 不 同 的 巷 道 支 护 。 但 是 围 岩 的 层 节 理 已 经 发 生 变 化 了 , 而 锚 杆 支 护 还 是 按 原 设 计 , 显 然 是 不 合 理 的 。 必 然 使 锚 杆 支 护 没 有 起 到 作 用 。 应 该 明 确 一 个 观 点 : 设 计 仅 仅 是 指 导 作 用 , 在 实 际 施 工 过 程 中 应 该 遵 照 施 工 现 场 的 实 际 情 况 而 定 。 现 在 随 着 计 算 机 技 术 的 发 展 , 数 值 计 算 已 经 成 为 工 程 设 计 不 可 缺 少 的 工 具 。通 过 数 值 计 算 来 进 行 锚 杆 支 护 参 数 的 选 取 已 成 为 发 展 趋 势 。 (3) 锚 杆 种 类 现 在 锚 杆 种 类 繁 多 。 随 着 新 型 材 料 的 不 断 发 展 , 各 种 新 材 料 锚 杆 也 不 断 出 现 。 但 是 产 生 这 些 锚 杆 的 主 要 目 的 就 是 把 围 岩 支 护 住 。 但 从 国 内 来 看 , 目 前 单 独 进 行 锚 杆 生 产 与 研 发 的 单 位 很 少 。大 多 常 用 锚 杆 均 由 各 个 矿 山 自 己 生 产 。 在 材 料 、 工 艺 上 没 有 达 到 真 正 规 范 化 , 甚 至 有 时 就 是 在 浪 费 材 料 , 同 时 还 影 响 了 锚 杆 的 支 护 效 果 。 而 在 国 外 , 有 许 多 著 3. 2设 计 方 面 原 因 ( 1) 锚 杆 支 护 的 机 理 锚 杆 支 护 的 机 理 主 要 有 三 种 : 悬 吊 理 论 、 组 合 梁 理 论 、组 合 拱 理 论 。 这 些 理 论 的 提 出 确 实 解 决 了 地 下 矿 山 支 护 的 一 些 实 际 问 题 。但 是 这 些 理 论 都 具 有 一 定 的 针 对 条 件 , 是 在 一 些 假 设 条 件 和 实 验 基 础 上 得 出 来 的 。有 的 是 以 一 些 特 殊 的 围 岩 条 件 作 为 工 程 实 践 依 据 , 多 少 具 有 片 面 性 。 还 有 许 多 锚 杆 支 护 理 论 都 是 在 此 基 础 上 得 出 的 , 不 是 对 任 何 围 岩 都 适 用 , 不 是 万 能 公 式 。在 应 用 锚 杆 支 护 之 前 , 应 先 对 围 岩 锚 杆 进 行 工 业 试 验 。 目 前 , 一 些 学 者 提 出 采 用 超 声 设 备 监 测 仪 器 确 定 围 岩 的 损 伤 , 然 后 在 此 基 础 上 对 锚 固 支 护 进 行 设 计 , 这 应 该 是 非 常 必 要 的 。另 外 , 不 要 单 单 局 限 理 论 上 的 起 作 用 , 研 究 应 该 与 实 践 结 合 起 来 , 现 场 的 信 息 是 理 论 机 理 研 究 的 根 本 。 [ 4 ] 名 的 专 门 生 产 锚 杆 的 公 司 , 做 得 非 常 规 范 。 在 锚 杆 安 装 方 面 , 国 外 已 经 达 到 机 械 化 , 注 重 提 高 锚 杆 安 装 的 进 度 和 质 量 。 但 是 在 国 内 , 机 械 化 程 度 相 当 低 。尽 管 一 些 矿 山 引 进 了 国 外 的 锚 杆 安 装 机 , 但 其 应 用 效 率 比 较 低 , 大 部 分 矿 山 还 是 采 用 手 持 钻 机 安 装 锚 杆 或 者 人 工 安 装 。 在 锚 杆 安 装 方 面 , 还 需 要 进 行 研 发 。 锚 杆 的 种 类 尽 管 比 较 多 , 但 是 一 些 常 用 锚 杆 仍 然 存 在 问 题 , 如 管 缝 锚 杆 尽 管 是 在 一 段 时 间 在 矿 山 [ 7 ] 应 用 , 但 仍 然 存 很 多 的 问 题 。 主 要 是 这 些 锚 杆 没 有 充 分 利 用 锚 杆 的 自 身 特 点 。 近 期 , 东 北 大 学 岩 石 破 裂 与 失 稳 研 究 中 心 唐 春 安 、赵 兴 东 发 明 的 全 长 多 点 楔 胀 式 管 缝 式 锚 杆 (竹 节 式 锚 杆 ) , 既 具 有 全 长 锚 固 作 用 , 又 具 有 端 锚 作 用 , 同 时 利 用 楔 胀 力 学 机 理 , 具 有 多 点 楔 胀 作 用 , 大 大 提 高 了 锚 杆 自 身 的 作 用 。 3. 3施 工 方 面 ( 2) 锚 杆 支 护 参 数 选 取 现 在 在 国 内 锚 杆 支 护 参 数 的 选 取 主 要 还 是 采 用 经 验 法 、 工 程 类 比 法 和 理 论 计 算 法 , 但 是 这 三 种 方 法 , 存 在 着 很 大 的 弊 端 , 不 能 完 全 确 定 锚 杆 支 护 的 参 数 。如 采 用 工 程 类 比 法 , 两 座 巷 道 地 质 和 施 工 情 况 有 相 似 之 处 才 能 进 行 类 比 , 但 是 没 有 地 质 和 施 工 情 况 完 全 相 同 的 矿 山 。所 以 应 该 不 断 地 对 设 计 进 行 修 改 。即 使 同 一 座 矿 山 地 质 情 况 也 不 一 定 完 全 相 同 。所 以 在 一 座 矿 山 的 生 产 中 、不 要 单 一 地 、固 定 不 变 地 选 择 一 种 锚 杆 、 采 用 一 种 支 护 方 式 进 行 支 护 。 总 之 , 地 下 围 岩 的 地 质 情 况 千 差 万 别 , 非 常 复 杂 , 在 锚 杆 支 护 设 计 方 面 , 需 要 针 对 实 际 情 况 , 不 断 地 修 改 设 计 。 (1) 爆 破 问 题 巷 道 围 岩 开 挖 , 引 起 围 岩 应 力 重 新 分 布 , 导 致 巷 道 围 岩 破 坏 , 造 成 围 岩 破 坏 的 原 因 主 要 有 两 个 : 一 个 是 由 于 巷 道 开 挖 引 起 应 力 重 新 分 布 , 造 成 巷 道 破 坏 ; 另 一 个 是 由 于 爆 破 引 起 的 。 爆 破 开 挖 工 作 是 支 护 前 的 一 道 工 序 , 其 质 量 的 好 坏 直 接 影 响 着 支 护 工 作 的 好 坏 。 目 前 , 地 下 矿 山 生 产 往 往 忽 略 了 爆 破 矿 山 压 力 与 顶 板 管 理2003. № 4  分 41分 能 反 映 围 岩 的 变 形 、 破 坏 , 但 对 围 岩 的 破 坏 的 预 测 还 是 不 能 够 实 现 。 开 展 积 极 有 效 的 矿 压 监 测 工 作 , 掌 握 巷 道 顶 板 变 化 及 锚 杆 支 护 效 果 的 监 测 分 析 , 为 以 后 的 巷 道 支 护 设 计 提 供 科 学 的 依 据 , 这 是 非 常 必 要 的 。 3. 5施 工 管 理 近 几 年 来 , 随 着 企 业 改 制 的 影 响 , 矿 山 的 生 产 管 理 有 了 大 大 的 提 高 , 但 是 还 是 存 在 一 些 问 题 , 如 : 有 的 矿 山 工 人 在 安 装 锚 杆 时 , 仅 打 进 去 一 半 , 就 打 不 进 去 了 , 工 人 竟 然 将 锚 杆 锯 断 , 这 样 的 锚 杆 支 护 怎 能 保 证 质 量 呢 ?工 人 对 锚 杆 的 安 装 工 艺 根 本 就 不 懂 , 应 该 不 断 对 工 人 进 行 思 想 教 育 和 技 能 培 训 , 不 断 提 高 工 人 的 素 质 , 才 能 够 保 证 施 工 的 质 量 。 对 人 的 管 理 是 人 、 机 械 、 材 料 、 法 规 、 环 境 影 响 质 量 因 素 中 的 核 心 , 应 该 给 予 高 度 重 视 。 当 然 , 对 人 的 管 理 , 仅 仅 是 管 理 工 作 中 的 一 个 方 向 , 还 有 许 多 其 它 因 素 都 需 要 综 合 考 虑 , 才 能 够 提 高 工 程 的 质 量 。 图 2锚 杆 布 置 方 式 开 挖 这 一 环 节 , 给 支 护 工 作 带 来 相 当 大 的 困 难 。 一 些 矿 山 爆 破 施 工 人 员 的 素 质 低 下 , 更 有 意 思 的 是 一 座 矿 山 连 爆 破 图 表 都 找 不 到 , 这 样 如 何 能 保 证 爆 破 质 量 ; 有 些 矿 山 尽 管 有 爆 破 图 表 , 但 生 产 上 根 本 不 用 , 任 凭 工 人 自 己 来 做 , 这 样 怎 么 去 谈 爆 破 效 果 ?现 在 爆 破 技 术 已 经 比 较 成 熟 , 诸 如 预 裂 爆 破 、 光 面 爆 破 等 , 控 制 爆 破 非 常 适 用 , 做 好 了 可 以 大 大 减 轻 由 于 爆 破 开 挖 造 成 的 对 围 岩 的 损 伤 , 很 好 地 控 制 围 岩 的 状 态 。 4结 论 ( 2) 网 铺 设 以 上 从 地 质 、设 计 、施 工 、围 岩 监 测 和 施 工 管 理 等 几 个 方 面 的 分 析 可 以 看 出 , 锚 杆 支 护 作 为 矿 山 生 产 的 一 个 重 要 环 节 , 不 要 单 单 局 限 于 某 个 理 论 、 某 一 种 形 式 、更 不 要 追 求 时 尚 。要 考 虑 现 实 问 题 , 更 要 从 经 济 因 素 考 虑 。 技 术 提 高 了 , 但 支 护 方 式 效 果 相 同 , 而 这 种 新 技 术 使 经 济 效 益 和 社 会 效 益 下 降 了 , 采 用 新 技 术 显 然 是 不 合 理 的 。 在 一 些 矿 山 为 了 方 便 工 人 施 工 , 在 现 场 制 作 金 属 网 。但 是 工 人 没 有 按 照 规 范 作 , 而 没 有 采 用 编 网 方 式 , 只 是 用 绑 线 简 单 绑 扎 , 只 是 表 面 符 合 网 度 要 求 , 钢 筋 网 的 连 接 只 是 采 用 简 单 的 搭 接 形 式 , 没 有 打 钩 , 钢 筋 网 没 有 发 挥 作 用 。另 外 , 现 在 已 经 有 些 矿 山 采 用 高 强 度 细 网 度 的 聚 脂 类 材 料 进 行 支 护 , 主 要 优 点 是 质 量 轻 运 输 方 便 , 节 省 钢 材 、力 学 性 能 好 。还 有 一 些 网 也 是 非 常 好 的 , 如 : 菱 形 金 属 网 , 在 围 岩 条 件 较 好 时 也 可 使 用 经 纬 金 属 网 和 塑 料 网 。 总 之 , 锚 杆 支 护 作 为 一 项 系 统 工 程 , 必 须 综 合 考 虑 各 种 复 杂 因 素 , 如 : 地 质 因 素 、 工 程 因 素 、 设 计 因 素 、 施 工 因 素 , 以 及 使 用 要 求 、 费 用 、 技 术 条 件 和 服 务 年 限 等 , 从 这 些 因 素 中 找 出 最 可 靠 、 最 经 济 的 锚 杆 支 护 方 案 。 另 外 还 要 具 体 问 题 具 体 分 析 , 不 要 一 视 同 仁 。 ( 3) 喷 射 混 凝 土 喷 射 混 凝 土 技 术 的 关 键 在 于 喷 射 工 人 的 熟 练 程 度 , 但 并 非 所 有 的 巷 道 均 要 采 用 喷 射 混 凝 土 。 只 有 那 些 易 冒 落 、 易 风 化 、 围 岩 状 态 较 差 的 地 段 采 用 喷 射 混 凝 土 才 能 发 挥 其 应 有 的 作 用 , 有 些 围 岩 相 当 好 的 地 段 根 本 不 用 喷 射 混 凝 土 。 但 是 , 有 些 矿 山 根 本 没 有 考 虑 围 岩 情 况 , 如 比 较 好 的 围 岩 仍 旧 喷 了 很 厚 一 层 的 混 凝 土 , 这 就 造 成 了 很 大 的 浪 费 , 喷 射 混 凝 土 应 该 视 围 岩 情 况 而 定 。 参 考 文 献 : [ 1 ]  侯 朝 炯 , 郭 励 生 , 勾 攀 峰 . 煤 巷 锚 杆 支 护 [M ]. 徐 州 : 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 , 1999. [ 2 ]  林 崇 德 . 煤 巷 锚 杆 支 护 作 用 机 理 研 究 的 主 要 问 题 与 途 径 . 中 国 煤 炭 学 会 第 五 届 青 年 科 技 学 术 研 讨 会 [C ]. 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 1998. [ [ 3 ]  王 焕 文 . 锚 喷 支 护 [M ]. 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 1989. 4 ]  Bõ里 文 . 煤 矿 锚 杆 支 护 技 术 的 进 展 [J ]. 中 国 煤 炭 , 1999, 25 3 . 4  围 岩 监 测 方 面 在 巷 道 开 挖 过 程 中 , 对 围 岩 - 支 护 系 统 变 形 过 程 进 行 的 量 测 , 叫 做 围 岩 监 测 。目 前 , 我 国 十 分 重 视 锚 杆 监 测 , 取 得 了 很 多 成 果 , 如 顶 板 离 层 指 示 仪 , 测 定 锚 杆 锚 固 范 围 内 及 锚 固 范 围 外 的 离 层 情 况 , 对 顶 板 出 现 冒 落 危 险 及 时 报 警 , 以 杜 绝 顶 板 事 故 ; 另 外 就 是 非 破 坏 性 测 定 锚 杆 锚 固 力 。大 多 数 矿 山 都 有 一 ( 8): 52- 55. 5 ]  陆 士 良 , 付 国 彬 . 采 动 巷 道 岩 体 变 形 与 锚 杆 锚 固 力 变 化 规 律 J ]. 中 国 矿 业 大 学 学 报 , 1999, 28 (3): 201- 203. [ [ [ 6 ]  杨 春 林 . 综 采 回 采 巷 道 锚 杆 支 护 几 点 思 考 [J ]. 陕 西 煤 炭 技 术 , 1999, (3): 20- 22. [ 7 ]  姬 财 柱 . 管 缝 式 锚 杆 支 护 存 在 的 问 题 与 对 策 [J ]. 焦 作 工 学 院 学 报 , 2001, 20 (4): 316- 317. 些 监 测 仪 器 , 另 外 就 是 采 用 常 规 的 监 测 技 术 , 尽 管 分 42分 2003. № 4矿 山 压 力 与 顶 板 管 理
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