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锚喷支护知识库—锚注支护

在节理、层理、裂隙等结构面非常发育的破碎煤岩体中开掘巷道,围岩自稳时间短、破碎范围大、变形强烈。单独采用锚杆支护,由于围岩破碎,锚固剂与围岩黏结力小,锚固力低,锚杆力学性能不能充分发挥,很难有效控制围岩变形。此外,对于高地应力、受强烈采动影响的巷道,掘巷后围岩会产生明显的离层、滑动,原生裂隙张开,并出现新的裂纹,导致围岩松散、破碎,破坏范围大,变形剧烈,对这类巷道进行二次加固或维修时,单独采用锚杆支护也很难取得较好的支护效果。将锚固与注浆加固技术有机地结合在一起,是解决破碎围岩巷道支护的有效途径。


锚杆与注浆都是巷道围岩加固的基本形式。锚注加固技术是利用锚杆兼作注浆管,对巷道围岩进行注浆。一方面可加固巷道周边的破裂岩体,提高围岩的自承能力;另一方面,可改善破裂岩体的结构及其力学性能,为锚杆提供可锚的基础,提高锚固力,最大限度地发挥锚杆的支护作用。


注浆原理示意图


注浆锚杆按照杆体材质可划分为金属杆体和玻璃钢等非金属杆体;按照注浆锚杆杆体表面形状分,有光圆杆体和螺纹杆体;按照注浆与锚固结合的方式分为普通注浆锚杆、内锚外注式注浆锚杆和外锚内注式注浆锚杆;按照对注浆压力的控制可分为一般注浆锚杆和可控压注浆锚杆。此外,注浆锚杆杆体可以是单根,也可采用连接套接长。


一、普通注浆锚杆


普通注浆锚杆杆体由带螺纹和小孔的钢管(一般为焊接管)制成,如图所示。螺纹用于安装托板与螺母,孔用于注浆。止浆可用止浆塞,也可用快硬水泥药卷、水泥水玻璃胶泥等胶结材料。这种锚杆结构简单,成本低,但不能施加预应力,注浆压力不能控制。


普通注浆锚杆图


二、可控压注浆锚杆


如图所示,可控压注浆锚杆是山东科技大学开发研制的一种注浆锚杆。这种锚杆由杆体(无缝钢管或焊接管)、注浆压力控制机构、端部倒楔、止浆塞、托板及螺母等组成。这种锚杆最大的特点是可控制注浆压力,从而提高注浆效果。同时,端部倒楔可提供一定的锚固力,可施加一定的预应力。其缺点是结构比较复杂,成本较高。


可控压注浆锚杆


三、内锚外注式注浆锚杆


内锚外注式注浆锚杆是在普通注浆锚杆的端部增加一个锚固结构。锚杆由锚固段、注浆段和封孔段组成。锚固段可采用水泥药卷、树脂药卷进行端部锚固,也可采用倒楔式机械锚固,不仅可增大锚杆锚固力,也可施加预应力;注浆段布有若干出浆孔,以便出浆;封孔采用橡胶圈(软木塞或快速凝结剂)配合喷射混凝土来实现。

在支护初期,锚杆当做普通端部锚固锚杆使用。当巷道围岩变形量达到一定数值时,即在巷道周边形成一定范围的松动破裂区时,再对围岩实施注浆,既能使巷道围岩得到卸压,又使注浆变得容易,达到最佳的支护效果。同时,安装锚杆与注浆分为两个工序进行,互不干扰,不影响巷道掘进速度。


内锚外注式注浆锚杆示意图


四、外锚内注式注浆錨杆


外锚内注式注浆锚杆结构如图所示。这种锚杆封孔采用空心快硬水泥药卷,密封长度可根据围岩裂隙发育程度调节。由于密封长度较大而且可调,可有效防止高压注浆时浆液从围岩裂隙中漏出。同时,密封锚固剂将密封与锚固融为一体,实现了密封与锚固一体化。


外锚内注式注浆锚杆示意图


五、注浆锚索


采用注浆锚固的锚索,都可以在锚固锚索的同时,控制注浆参数,起到注浆加固的作用。煤炭科学研究总院在小孔径树脂锚固预应力锚索的基础上,开发研制了新型的小孔径树脂与注浆联合锚固锚索。这种锚索兼有树脂端部锚固锚索和注浆锚固锚索的优点。锚索采用单根钢绞线,配备注浆管、排气管。先用锚索搅拌树脂锚固剂,进行端部锚固。树脂端部锚固后,施加预紧力,使锚索及时承载。树脂端部锚固后实施水泥注浆,进行全长锚固。同时,通过控制注浆压力、注浆量和时间,使浆液渗透到钻孔周围的煤岩体内,达到注浆加固的目的。锚索钻孔直径为28-32 mm,施工采用单体锚杆钻机和便携式注浆泵,施工速度很快。树脂与注浆联合锚固锚索适用于服务时间比较长的大巷、碉室、采区集中巷,以及需要注浆加固的破碎围岩。


注浆锚索图


六、钻锚注加固技术


钻锚注加固技术将三个功能集于一体,钻孔、注浆和锚固。在井下使用时,第一步,锚杆用作钻杆,锚杆杆体头部配一钻头,尾部用连接器与钻机连接。第二步,锚杆用作注浆管,钻机连接套由注浆连接套代替,锚杆就像传统的注浆管一样,将树脂、水泥浆等送人钻孔中,实施全长或加长锚固。钻锚注锚杆由中空杆体、一次性钻头、连接套管、托板和螺母组成。


1、钻锚注锚杆主要特点


1)钻锚注锚杆集钻杆,注浆杆,锚杆三者为一体,施工工艺简单。普通注浆锚杆在破碎岩体施工中,首先要用专用钻杆打一钻孔,为了防止塌孔通常要在钻进过程中跟进一套管,然后插入锚杆,最后注浆,这样施工工序复杂,施工时间长。钻锚注锚杆本身就是钻杆,其前端带上一次性钻头,钻进后不拔出,直接注浆即可。有时,非常破碎的岩体可以实现随钻随锚。


2)钻锚注锚杆强度高,与注浆材料黏结力强。钻锚注锚杆为普通钢材的中空锚杆,其表面为粗螺纹。由于杆体为中空螺纹钢管,抗弯曲、抗剪切及表面黏结强度要比相同截面积的实心钢筋强度大得多。


3)钻锚注锚杆注浆饱满,并能实现高压注浆,使浆液充满岩体裂缝。利用锚杆中空作注浆通道,能使浆液自孔底向孔口呈环状灌注,保证了环状空间和岩石裂缝被填充饱满。另外,在螺纹杆体上旋上带螺纹的止浆塞堵住孔口,可以实现高压注浆。


4)可根据施工需要,截成任意长度和任意连接。钻锚注锚杆的螺纹为连续形,可任意接加长与缩短使用。既方便于小型钻机在狭小的巷道中使用,又方便于各类困难条件中分段连接使用。


2、钻锚注锚杆的适用条件

钻锚注锚杆的应用范围为:在没有固结的岩石中,或因岩石非常破碎,或在断层泥中,打稳定的钻孔非常困难。无法实现先钻孔,然后安装锚杆的施工工艺。在煤矿中,这种条件主要表现在以下几个方面:


(1)沿空巷道。现行的沿空掘巷一般留设小煤柱3-5m,很多情况下小煤柱非常破碎,给锚杆支护施工带来很大困难,有的甚至钻杆抽出后钻孔就塌落,导致无法安装。


(2)掘进工作面过断层或破碎带。这种条件下巷道一旦暴露顶板就可能垮落,必须对围岩进行超前加固。由于围岩十分破碎,安装普通锚杆非常困难。


(3)巷道底鼓治理。底鼓治理一直是巷道支护中的一大难题,由于打底板钻眼比较困难,所以底臌问题长期没有得到解决。钻锚注加固技术是一种有效的手段。


(4)破碎围岩巷道维修。需要维修的巷道一般都出现了较大范围的破坏区,围岩松散破碎,成孔困难,适合采用钻锚注锚杆。

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