邵林金

摘 要：本文以山腳樹礦22189工作面回風(fēng)巷為例，分析了工作面回采期間錨索出現(xiàn)退錨、破斷等問題的原因，并結(jié)合工程實(shí)際，有針對(duì)性的提出了控制對(duì)策。

關(guān)鍵詞：錨索 退錨 破斷

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0139-01

1 工程概況及問題描述

1.1 工程概況

山腳樹礦22189工作面主采18#煤層，工作面標(biāo)高1208～1267 m。18#與18#-1煤層平均厚度均在1.5 m，兩層有合并現(xiàn)象，合并時(shí)煤層平均厚度在3.3 m，本區(qū)域內(nèi)夾矸在0.03～0.80 m。工作面區(qū)域內(nèi)發(fā)育有F1、F3、F4、F5、F6、F9等6條斷層，落差分別為0～2.0 m、0～0.8 m、0～0.9 m、0.7～1.2 m、0～1.0 m、4.0～5.5 m，均為傾斜斷層。煤層頂板為灰色、粉砂質(zhì)泥巖和砂巖以及夾菱鐵礦條帶，平均厚度3.8 m；底板為灰色粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，平均厚度為2.3 m。

為承受工作面回采的動(dòng)壓影響，22189回風(fēng)巷在掘進(jìn)時(shí)期即采用高強(qiáng)度的錨桿、錨索支護(hù)方案。回采之前，巷道維護(hù)效果良好，僅有部分地段出現(xiàn)較大變形。

1.2 錨索退錨、破斷現(xiàn)象描述

雖然巷道掘進(jìn)時(shí)期的支護(hù)強(qiáng)度較高，但在工作面回采期間，出現(xiàn)了大量錨索退錨、破斷等問題，給礦井的安全生產(chǎn)造成了一定的隱患。具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

（1）錨索退錨。

現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，超前工作面20 m范圍內(nèi)約60%～80%的錨索發(fā)生退錨。錨索退錨表現(xiàn)為一個(gè)漸進(jìn)過程，鋼絞線與夾片之間逐漸發(fā)生滑移而退錨，并且退錨后的夾片內(nèi)部螺紋被鋼絞線壓平滑，失去咬合作用。此外，退錨錨索極大部分為錨索梁上的錨索，單體錨索退錨極少，退錨后的鋼絞線縮回頂板中，表明頂板至少下沉了300～400 mm。

（2）錨索破斷。

巷道中存在部分錨索由于壓力過大而直接被拉斷的現(xiàn)象，其余破斷的錨索表現(xiàn)為剪斷，剪斷錨索大部分鋼絞線斷口與橫截面成45°夾角，斷口光滑，有2～3根鋼絞線斷口與橫截面水平，斷口凹凸不平，并且剪斷錨索基本上為錨索梁錨索。

2 可能的原因分析

2.1 構(gòu)造因素導(dǎo)致應(yīng)力集中

22189回風(fēng)巷沿工作面走向受F2、F4、F5等3個(gè)斷層的影響，并且存在隱伏地質(zhì)異常區(qū)，發(fā)生上述問題的錨索大多出現(xiàn)在構(gòu)造帶下方，該部位處于拉應(yīng)力區(qū)域，圍巖較破碎，導(dǎo)致工作面超前來壓顯現(xiàn)相對(duì)劇烈。

2.2 頂板強(qiáng)烈下沉導(dǎo)致錨索受力大

頂板強(qiáng)烈下沉有兩種情況：（1）幫部大變形導(dǎo)致頂板向非回采側(cè)嚴(yán)重傾斜，頂板下沉量極大。（2）頂板強(qiáng)烈動(dòng)壓影響，頂板在墻體附近破斷、切頂。當(dāng)錨索受力超過鋼絞線與夾片之間的摩擦阻力、錨索抗拉斷力時(shí)將導(dǎo)致錨索退錨、錨索破斷。同時(shí)索體承受較高的剪切力，錨索尾部應(yīng)力集中程度超過索體承受極限而斷裂。

頂板支護(hù)所用錨桿為全長螺紋鋼錨桿，螺紋間距較大，隨著巷道變形，桿體受力增大，而桿體和螺母之間摩擦力較小，易出現(xiàn)螺母滑移后退現(xiàn)象。

2.3 頂板不平整導(dǎo)致錨索梁受力不均破壞

錨索梁最理想的工作狀態(tài)為錨索梁與頂板接觸充分均勻，這要求施工時(shí)頂板平整，工字鋼受到的力可以均勻的分配給錨索，然而巷道頂板凹凸不平，導(dǎo)致部分工字鋼與巷道頂板接觸不均勻，為點(diǎn)接觸，這使得錨索受力不均，容易導(dǎo)致其中的一根錨索因壓力過大而發(fā)生退錨或破斷。山腳樹礦中錨索剪斷現(xiàn)象主要是由于工字鋼錨索梁作用面積大，頂板彎曲變形將導(dǎo)致工字鋼彎曲變形，使得錨索孔口邊緣處受到工字鋼較大剪應(yīng)力作用，當(dāng)部分鋼絞線被剪斷后，剩下的鋼絞線無法承受巨大的壓力而直接被拉斷，防止錨索剪斷引起退錨的首選方式為在錨具后方增加一套萬向調(diào)心球墊。

2.4 鎖具夾片強(qiáng)度與鋼絞線強(qiáng)度的匹配

從夾片破壞特征來看，表現(xiàn)出夾片強(qiáng)度明顯低于鋼絞線強(qiáng)度，當(dāng)頂板來壓劇烈時(shí)，由于鋼絞線強(qiáng)度大于夾片強(qiáng)度，夾片內(nèi)螺紋被鋼絞線磨平，夾片失去咬合作用，握裹力逐漸減低，最后導(dǎo)致錨索逐漸退錨，部分錨索退錨后必然導(dǎo)致其他錨索工作阻力加大，從而導(dǎo)致運(yùn)輸順槽中出現(xiàn)少量錨索被直接拉斷的現(xiàn)象。當(dāng)然，錨索拉斷也有可能是錨索自身抗拉強(qiáng)度不足導(dǎo)致，這需要試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.5 其他原因

錨索安裝過程中樹脂藥卷攪拌不均勻不充分、膠凝時(shí)間不夠、藥卷長度不足或錨固長度不足，錨固段鋼絞線容易形成受力不均勻，可能引起單股鋼絞線受偏載作用首先發(fā)生破壞，進(jìn)而導(dǎo)致整根錨索退錨。

3 錨索退錨、破斷等問題的控制對(duì)策

3.1 優(yōu)化錨索支護(hù)方案

錨索梁的優(yōu)點(diǎn)在于有效控頂面積大，但缺點(diǎn)在于頂板不平整時(shí)導(dǎo)致受力不均。因此頂板不平整地段，建議采用單體錨索加固。頂板平整地段，仍建議采用錨索梁加固，同時(shí)，工字鋼上錨索孔需要適當(dāng)加大，開孔應(yīng)磨圓倒棱，留下工字鋼變形空間，防止錨索被剪斷。

3.2 采用使用萬向調(diào)心球墊

萬向調(diào)心球墊的應(yīng)用可以保證錨索內(nèi)外均呈現(xiàn)在同一條直線上，防止錨索受到局部應(yīng)力集中而發(fā)生剪斷現(xiàn)象，錨索張拉時(shí)加荷及卸荷梯度均勻平穩(wěn)、夾片尾部保持在同一平面上。

3.3 使錨索、鎖具、夾片等構(gòu)件強(qiáng)度相匹配

目前，山腳樹礦所采用鋼絞線直徑均為21.8 mm，1×19股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線（強(qiáng)度級(jí)別為1860 MPa、100 h松弛率小于3.5%，延伸率小于3.5%），與之匹配的錨具及夾片的強(qiáng)度級(jí)別應(yīng)該與之相匹配，錨具要求為OVM型號(hào)，即使用廣西柳州歐維姆標(biāo)準(zhǔn)錨具或能夠達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)的錨具，夾片的強(qiáng)度級(jí)別要求為1860 MPa。若采用比此低一級(jí)別的夾片，如1720 MPa，則易導(dǎo)致退錨。如果夾片強(qiáng)度測試結(jié)果無法與剛交線合理匹配，需要及時(shí)更換夾片。同時(shí)，要求錨索、夾片生產(chǎn)廠家定期提供強(qiáng)度報(bào)告，以便及時(shí)檢測強(qiáng)度。此外，錨具的高度規(guī)格也應(yīng)該達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以保證有效夾持長度，保證握裹力。

4 結(jié)語

錨索的退錨、破斷等問題嚴(yán)重制約著礦井的安全生產(chǎn)，必須及時(shí)采取有效措施加以控制。除了認(rèn)真落實(shí)本文中所提出的解決方案外，工作人員還要搞好技術(shù)交底工作，使操作人員懂得錨索安全的重要性，嚴(yán)格按錨索安裝工藝進(jìn)行施工。

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