掘进质量标准化知识要点_掘进质量标准化标准

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冒顶原因：

1、掘进破岩后，顶部岩石与岩体失去联系，若支护不及时，随时可能冒落；

2、已支护的顶部岩石，若支护失败，可能造成冒落。防治措施：

1、根椐岩性，控制空顶距，当遇到破碎带或层理、裂隙发育时，应紧跟掘进支护；

2、严格敲帮问顶制度，危石必须挑下，无法挑下时应采取临时支撑措施，严禁空顶作业；

3、在破碎带掘进巷道，要缩小支护棚距，用拉条将棚子连成一体，防止推跨；

4、对破碎带有时可超前注速凝剂，固化岩体；

5、掘进头有空顶区和破碎带必须背严结实，必要时要挂网防止漏空；

6、炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架和掘进头距离相适应，防止放炮崩倒棚子；

7、锚杆支护注意眼深和锚杆密度，必要时锚喷网联合支护锚杆的主动支护包含四层意思：一是支护必须有时间性，即及时支护；二是要求支护有足够预紧力，即主动支护，从而提高围岩的刚度；三是必须保证支护的有效性；四是在锚固剂完全固化后，锚固范围内的岩层与锚杆形成共同承载体，此时锚固剂粘结段内的岩层与杆体同时变形，锚杆起到了相对主动的支护作用影响锚杆支护安全性的关键问题

3.1 “三径”匹配

 “三径”指锚杆（索）孔直径、锚杆（索）直径和树脂药卷直径。

 我国锚杆支护使用的钻头直径一般为φ

27、φ

32、φ42，形成的钻孔直径一般为φ

28、φ33、φ43。如果钻孔直径过大，不能保证树脂药卷的均匀混合，导致锚固力较低，同时因钻孔过大，需要的树脂药卷量大，造成成本高，且钻孔时间长、效率低。图1示出不同锚孔条件下不同直径的螺纹钢锚杆在粉砂岩中的锚固力（锚固长度100mm）。 锚杆的直径也是影响锚固效果的一个主要因素。锚固剂粘结力、锚杆材质和锚孔直径相同时，锚杆直径越大，锚杆的工作阻力越高，但锚杆直径加大后，锚杆的材料成本亦随之加大，但树脂药卷用量及成本则相应减少。 实验结果表明，使用无纵筋左旋螺纹钢锚杆时，锚固剂的环形厚度在4~10mm之间，而以5~6mm时为最好。锚杆全长锚固，且锚孔直径一定时，锚杆直径由14mm增加到22mm时，锚杆的锚固力可提高147%，而锚固成本仅增加13%。因此，适当增加锚杆直径，在技术上、经济上是十分有利的。

 树脂药卷本身具有一定的柔度，尤其是全长锚固或加长锚固时其柔度更大。为保证树脂药卷完全填满锚孔空间，孔内需要一定量的树脂药卷。若采用小直径的树脂药卷，则其长度较大，因而树脂药卷送入锚孔相对困难，此外，药卷的直径小时，难以保证树脂胶泥和固化剂在锚孔内完全混合并固化，因此药卷的直径应尽量大些。为保证药卷顺利送入孔中，并具有好的锚固效果，研究结果表明：直径28mm的锚孔，可使用直径为23mm或25mm的树脂药卷；直径为33mm的的锚孔，可使用直径为28mm的树脂卷。 过大的锚杆孔或过细的锚杆，往往会出现串糖葫芦现象，在锚杆孔半路锚固。3.2 锚杆（索）预应力（预紧力）

 锚杆的主动支护包含四层意思：一是支护必须有时间性，即及时支护；二是要求支护有足够预紧力，即主动支护，从而提高围岩的刚度；三是必须保证支护的有效性；四是在锚固剂完全固化后，锚固范围内的岩层与锚杆形成共同承载体，此时锚固剂粘结段内的岩层与杆体同时变形，锚杆起到了相对主动的支护作用。

 合理的预紧力可以有效地改变围岩的应力状态和应力应变特性，增加围压，改善被锚固岩体的力学性能，增大锚固岩体的强度，从而提高围岩的承载能力，减小巷道围岩破碎区、塑性区的范围和巷道的表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于保持巷道围岩的稳定。

地下岩体抗拉强度很小，又往往被层理、节理、裂隙等弱面所切割，弱面的抗拉强度几乎为零，岩体的抗剪强度主要取决于作用在该面上的正应力。当正压力不大时，弱面的抗剪能力也很弱。施加足够的预紧力，可以提高锚固体的抗拉强度、抗剪强度和抗变形能力。3.2 锚杆（索）预应力（预紧力）

 锚杆预紧力的现状：①实测和调查发现大多矿区锚杆支护预紧力低，形同被动支护。预紧力多在10kN以下，大于5kN的锚杆数量只占1/4。②多数情况下，锚杆安装后，预紧力很快下降，实际上成为被动支护。在松软破碎的全煤巷道和断层破碎带，预紧力小或安装后很快下降，使得巷道表面刚度更小，松动圈在无阻力约束下自由发展，影响锚杆最终锚固力，形同无支护。

 导致锚杆预紧力降低的主要因素：①锚杆杆体松弛。据检测，由于钢材的松弛造成的岩石锚杆的预应力损失量在7d内可达3%。② 软弱的岩体，如：煤、泥岩、页岩、粉砂岩和破碎岩体等强度低、孔隙度大、胶结程度差，受结构面切割及风化显著的岩体在长期外力的作用下会发生显著的蠕变变形。③ 在爆破动载荷作用下，围岩抗剪强度降低必然会引起锚杆锚固段周围岩体蠕变量的增加，从而导致锚杆预应力损失量增加。

 现场监测发现，不论应用锚杆钻机或气扳机对锚杆螺母实施的扭矩多大，不论锚索张拉力多大，经过一段时间后，锚杆螺母扭矩和锚索托板的锚托力都会有一个急速下降期、快速承载期和缓慢承载期的过程，甚至有的锚杆的锚托力、螺母扭矩会下降到零。为了防止锚杆、锚索的锚托力在急速下降期带来的被动承载，必须进行锚杆螺母的二次紧固、锚索的二次张拉。图4中的S1、S’1是没有采取补强措施的锚杆、锚索锚托力变化曲线，S2、S’2是采取补强措施的锚杆、锚索锚托力变化曲线。3.3 锚固材料

（1）锚固剂失效。树脂锚杆锚固剂有一定的有效期限，若保管不善或超过有效期，锚固剂将会结块发硬，这时继续使用将会大大影响锚杆的锚固力。作业人员在使用锚固剂前应该认真检查，若有上述现象应严禁使用。

（2）锚固剂反应速度不符合设计要求。锚固剂反应速度随环境温度的变化而变化，若作业环境的温度发生了变化或因其他原因引起了锚固剂的反应速度发生了变化，也会影响锚杆的锚固效果，比如反应速度加快，将会导致锚固剂没来得及允分搅拌就已凝固，结果使锚固力下降。遇到这种情况应及时调整锚固剂的反应速度

（3）锚杆杆体不符合要求。一是杆体及螺母的材质达不到标准要求或是尾部丝扣及螺母丝扣的精度和强度达不到标准要求，当巷道压力较人时，将从最薄弱的环节处破坏。为了提高杆体强度，除材质达标外，尾部丝扣采用滚压工艺比车扣强度高。二是焊接杆体的焊口及左旋麻花锚杆的挡圈焊口处破坏了杆体原来的韧性，杆体受拉时最易被损坏。应尽量不用焊接杆体，焊挡圈时不得烧坏杆体。

（4）锚固构件强度低，与锚杆杆体强度和锚固力的设计不相适应。如托板、钢带（托梁）和网等。3.4 施工

（1）锚孔深度超过要求。导致装入孔内的锚固剂有一段得不到搅拌，白白浪费在孔底，相当于锚固长度减小，锚固力也相应减小，影响到锚固效果。实际操作中，应在钻杆上做一标记，严格控制钻孔深度。

（2）截短锚杆（索）。有时由于顶板上位岩石坚硬或含金属结核，出现钻孔困难，将锚杆（索）截短。

（3）孔内有粉尘和积水。在安装搅拌中相当于在锚固剂配料中加入了粉尘和水，也会削弱锚固剂的强度。安装锚杆前应先清净孔内的粉尘和积水，以保证锚固剂的强度。

（4）放错锚固剂顺序。有时锚杆采用加长锚固，分别采用不同反应速度的锚固剂，速度快的放在孔底，若安装时锚固剂放入的顺序不正确，将会导致锚杆安装不到底或没有充分搅拌而锚固剂已凝固，影响到锚固长度和锚固力。作业人员安装锚固剂时应认真负责，看清锚固剂的型号和速度标记。

（5）锚固剂充填不密实。树脂锚杆一般采用左旋麻花圆钢锚杆或左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，在装入锚孔内搅拌时应按顺时针方向搅拌，这样在搅拌过程中锚固剂越搅越密实，锚固段充填越实在。若因搅拌工具的限制或其他原因使搅拌方向错误将会导致锚固剂充填不实，锚固效果将大大降低。

（6）多次或间断搅拌。树脂锚固剂充分搅拌均匀后，开始进行化学反应并逐渐固化，体积有微量收缩，伴随着放热现象。当开始固化的舜间，锚固剂不能受外力搅伴，否则会彻底破坏了锚固剂的力学性能，形成碎砾状固化颗粒，没有粘结力，造成锚固失效。在搅拌锚固剂的过程中应持续均速按规定的时间搅拌到底，这样锚固剂才能被允分搅拌。若在搅拌时由于工具或操作等原因搅拌中有间断，延误了最合适的搅拌时机，会导致将部分已初步凝固但强度尚未提高的锚固剂粉碎，最终使锚固力大大降低。施工中应严格控制搅拌时间，严禁多次搅拌。

（7）锚杆安设角度。安装角度通过计算使围岩受力最合理而设计出来的，若施工中太随意，不严格按要求角度打设锚杆，将使锚杆的整体支护效果降低，造成巷道严重变形，甚至出现冒顶。一般锚杆（索）垂直岩面，两角锚杆（索）应倾斜20° 3.5 水对锚固性能的影响

 锚固岩层含水，从两个方面影响锚固性能：（1）影响锚固剂的固化性能；（2）弱化钻孔周围岩石，乃至锚固层的力学性能。

 水对锚固剂的固化性能的影响涉及4个方而：

①树脂锚固剂中所采用的固化剂一般是过执化物，当钻孔内有水存在时，在锚固剂进行搅拌的过程中，水会溶解掉部分固化剂，并且随着水的游离、流动离开固化反应面，使得固化反应中引发剂的量减少，从而降低了自由基活性，使聚酯的固化不完全； ②树脂的固化过程是一个放热过程，反应放出的热量同样可以提高自由基的活性。聚合热是反应活性的量度。当钻孔内有水存在时，水成为传递热量的良好导体，将聚酯固化反应的热量部分或大部分吸收，这样又减少了由于热分解产生的自由基，使得固化反应速度减缓，聚酯的固化不完全；

③当钻孔内水量大时，流水能在树脂搅拌的过程中将树脂锚固剂中的聚酯、交联剂以及固化剂等吸收并带出钻孔，这样就减少了锚固剂成分的含量，必然影响树脂的固化；

④在现场进行锚杆锚固时，由于树脂锚固剂本身是不亲水、不溶于水的，当钻孔内有水存在时，在树脂锚固剂搅拌的过程中，通过摩擦、挤压作用，堵住了某些裂隙出水点，并把孔壁一些水滴分散到树脂胶泥中，这对树脂固化后的强度是不利的。如果钻孔中淋水较大，甚至于有压力的喷水，在树脂搅拌的过程中分散到树脂胶泥中的水滴更多，树脂固化后的强度将会更低。 图1示出现场实测的锚杆钻孔涌水量与锚杆的拉拔力值的关系曲线（勾攀峰，2004），可以看出:在一定范围内，顶板淋水对锚杆的锚固力影响不大，即当钻孔的涌水量小于128mL/min时，树脂锚杆的锚固力均能达到120kN，但随着锚杆支护顶板淋水量的逐步增加，顶板锚杆锚固力逐渐下降，当钻孔的涌水量大于583 mL/min时，树脂锚杆的锚固力比钻孔无淋水时的锚固力下降35%以上。

 图3示出实验室试验得出的树脂锚固力与钢管内流动水量的关系曲线（勾，2004），可以看出，受水量影响树脂锚杆的锚固力存在一转折点，即当流水量在360mL/min以下时，锚固力受到较小的影响，锚杆的锚固力能保持在75%以上，这是由于钢管内流动水量不大，水压也不是很大，树脂能完全封闭钢管，并将水堵在钢管的小孔之外；当水量大于360mL/min而小于600mL/min时，锚固后胶泥不能完全封闭钢管，仍有水从钢管与树脂胶泥的缝隙中流出，锚杆的锚固力受到很大影响；当流量大于600mL/min小于1 800mL/min时，水会在树脂初凝前，即进行搅拌的过程中，将树脂胶泥部分冲出，锚杆的锚固力下降80%以上，树脂锚杆的锚固力很小；当钢管的流量大于1800mL/min时，由于水流量大或水压很大，水会将树脂胶泥全部冲出，锚固试验不能进行。

 水对岩石，特别是泥质胶结岩石的软化作用是众所周知的