软岩煤矿巷道锚带加固技术的应用

 

钢结构加固的主要方法有：减轻荷载，改变计算图形，增加原结构构件的截面和连接强度，防止裂纹扩展。当你有成熟的经验时，也可以使用其他的加固方法。经鉴定需要加固的钢结构，一般按损伤范围分为局部加固和综合加固。局部加固是对承载力不足的杆件或连接节点进行加固，包括增加杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法。综合加固是对整体结构进行加固，有两种类型:不改变结构静力计算图形加固法和改变结构静力计算图形加固法。增加或加强支撑体系也是加强结构体系的有效途径。增加原构件截面的加固方法是最昂贵的方法（但通常是可行的方法）；改变计算简图的方法是最有效、最多样化的，其成本也大大降低。加固结构的施工方法有：负荷加固、卸荷加固和从原结构上拆除应加固或更新的部件进行加固。钢筋施工方法由设计人员和施工单位在保证质量安全的前提下，根据用户要求和结构的实际应力状态确定。

 

（1）带负荷加固。施工最方便、最经济。当构件（或连接）应力小于钢材设计强度的80%时，或构件损坏不大（损坏、变形、翘曲等）。此时，为了使新的加固杆参与应力，有时需要对加固杆采取临时卸载措施。此外，加固时应注意不影响其他构件的正常使用。

 

（2）卸载和加固。适用于结构损坏较大或构件和连接应力状态较高，需要暂时减轻负荷。对于一些主要承受可动载荷的结构（如起重机梁等），可限制其可动载荷，即相当于大部分卸载。

 

（3）从原结构上拆除应加固或更新的部件。当结构损坏严重或原截面承载力过小时，必须在地面加固或更新时使用。此时，必须设置临时支撑，使更换部件完全卸载；同时，必须确保更换结构拆除后整个结构的安全。由于煤矿巷道穿越的地层大多为沉积岩地层，特别是当这些地层为中生代、新生代含膨胀矿物的粘土岩石（泥岩、页岩等）或其他粘结程度较差的岩石时，与冶金等岩土工程领域的岩石相比，煤矿巷道围岩的弱松散、破裂膨胀流变等特点更加突出，导致煤矿软岩巷道围岩变形量大，变形时间长，受采动影响明显，给地下支护工作造成严重的安全风险。纯锚杆支护只能在短时间内控制围岩的变形，必须采取有针对性的加固支护措施。

 

1.大变形巷道支护特性分析

 

由于大变形巷道围岩地层多为沉积岩地层，主要为碳、砂泥岩，特别是当这些地层为中生代和新一代含有膨胀矿物的粘土岩石（泥岩、页岩等）。或其他粘结程度较差的岩石时，与冶金等岩土工程领域的岩石相比，煤矿巷道围岩的弱松散、破裂膨胀流变等特点更加突出，导致煤矿软岩巷道围岩变形量大，变形时间长，受采动影响明显，单轴抗压强度低，粘结性差，易分化和潮解，变形损伤明显。（1）巷道顶部的锚杆难以达到顶板离层稳定的岩层范围，在变形加剧的影响下，巷道顶板沉积大，变形速度快，持续时间长。(2)变形严重，锚杆容易出现螺母压坏托板的现象，失去托板支撑效应的锚杆锚固力明显减弱，导致巷道收敛。(3)一般刚性棚式支护一般被压坏，其中屋顶梁的破坏最为明显，棚式柱腿由巷道两侧向中心收敛。(4)巷道底部出现大量底鼓，底鼓与顶板下沉、帮部收敛同时出现，相互影响，形成恶性循环。（5）巷道围岩对扰动极为敏感。受采动影响时，会发生剧烈变形，甚至整体失稳。（6）由于大量亲水矿物的存在，巷道围岩表面风化潮解现象严重，进一步加剧了巷道变形。

 

2.大变形巷道支护设计原则

 

大截面锚杆支护设计利用锚杆支护改变围岩的力学性质，限制围岩变形。同时，结合钢带的施加，充分发挥锚杆的主动支护效率，提高锚杆支护的完整性，与锚杆一起形成锚梁，控制围岩变形。

 

3.锚带支护技术

 

锚杆和锚索通过钢带连接在一起，提高锚梁的抗弯性能，增强巷道顶部的支撑能力：螺纹端锚杆为22mm×2400mm钢筋锚杆规格型号为16mm×1600mm，间排距为600mm，矩形布置；15.24mm锚索规格×6400mm，配合本矿生产的树脂锚固剂和4m长钢带托梁，配合钢带托梁组合成一个支撑整体。横向布置钢带，在巷道中心线两侧左右对称支护，钢带托梁间距为2.4m,锚索间距为2.4m。顶锚杆为每排8根，螺纹锚杆与钢筋锚杆间隔使用。锚索滞后工作面距离不大于2.4m。采用π钢棚加强支护，梁长3.6m,棚腿采用DZ-35型单体液压支柱，棚距1.6m,π型钢棚垂直巷道中心线左右对称布置，π钢棚下单体支柱距巷道中心线为左右1.5m。架π型钢棚滞后工作面不超过10m。用锚杆支撑后，加强支撑。预计顶板变形不大。由于属于单煤层开采，切割眼内矿山压力不明显，围岩变形不大，顶板变形最大不超过3mm。屋顶支护后，基本处于稳定状态。由于锚网支护，配备支柱和大型混合背面，没有帮助现象，与传统支护相比，屋顶控制具有很大的优势。

 

4.钢带设计

 

钢带将锚杆连接在一起，协调锚杆形成的锚梁的变形，扩大锚杆的有效锚固范围和顶板锚梁的支撑范围。同时，由于钢带的存在，可以对锚杆施加较大的初始锚固力，真正实现锚杆的主动支撑。根据断面形状，钢带分为平钢带、W钢带和M钢带。其中，M型钢带具有较强的抗弯性能，适用于软岩变形巷道的锚杆支护。钢带的断裂载荷p可以用以下方法计算：p=(b－d)tσb式中：b———钢带宽度，m；d———钢带锚杆孔直径，m；t———钢带厚度，m；σb———钢带的抗拉强度，MPa。