第三講煤礦巷道支護(hù)

質(zhì)量檢測云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院主講：曾正良副教授3/12/20241第一節(jié)支護(hù)設(shè)備一、錨桿(錨索)施工設(shè)備

1.錨桿(錨索)鉆機(jī)

1)錨桿鉆機(jī)分類在錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展的不同時期，國內(nèi)外出現(xiàn)了多種不同形式和規(guī)格的錨桿鉆機(jī)，如圖1—1所示。錨桿鉆機(jī)按破巖方式分為旋轉(zhuǎn)式、3/12/20242圖1—1錨桿鉆機(jī)分類3/12/20243沖擊式和沖擊—旋轉(zhuǎn)式。掘進(jìn)機(jī)載錨桿鉆機(jī)是在現(xiàn)有掘進(jìn)上配置1～2臺錨桿鉆機(jī)，以實現(xiàn)掘錨一體功能；掘錨聯(lián)合機(jī)組是將掘進(jìn)與錨固功能一體化設(shè)計，制造出兼顧掘進(jìn)與錨固的掘錨聯(lián)合機(jī)組，是煤巷快速高效掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。此外，按錨桿鉆機(jī)安裝錨桿的部位分為頂板錨桿鉆機(jī)和幫錨桿鉆機(jī)；用于安裝錨索的稱為錨索鉆機(jī)等。3/12/20244

2)單體頂板錨桿鉆機(jī)單體頂板錨桿鉆機(jī)是用于鉆裝巷道頂板錨桿的單體式鉆機(jī)。破巖方式主要有兩種：旋轉(zhuǎn)式和沖擊—旋轉(zhuǎn)式。旋轉(zhuǎn)式破巖方式一般適用于比較軟的巖石(f＜8)；沖擊—旋轉(zhuǎn)式破巖方式適用于比較硬的巖石(f≥8)。單體氣動旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是國內(nèi)應(yīng)用最普遍的一種錨桿鉆機(jī)。鉆機(jī)主3/12/20245要由驅(qū)動機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)組成。鉆機(jī)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)、推進(jìn)支腿和控制機(jī)構(gòu)由連接座連接。此外，還有用于攪拌樹脂錨固劑和安裝錨桿的錨桿安裝器等附件。國內(nèi)部分單體氣動旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1—1。使用時，可根據(jù)具體的巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件選擇合適的錨桿鉆機(jī)。國產(chǎn)單體液壓錨桿鉆機(jī)可分為兩3/12/20246表1—1部分國產(chǎn)單體氣動旋轉(zhuǎn)式頂板錨桿鉆機(jī)主要技術(shù)性能參數(shù)3/12/20247大系列：一類是導(dǎo)軌推進(jìn)式的MZ系列，另一類是支腿推進(jìn)式的MYT系列。目前，MYT型支腿推進(jìn)式液壓錨桿鉆機(jī)應(yīng)用比較普遍。部分國產(chǎn)單體液壓錨桿鉆機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)見表1—2。

3)單體幫錨桿鉆機(jī)長期以來，煤幫錨桿的施工主要采用煤電鉆。煤電鉆功率小、鉆孔速3/12/20248表1—2部分國產(chǎn)單體氣動旋轉(zhuǎn)式頂板錨桿鉆機(jī)主要技術(shù)性能參數(shù)3/12/20249度慢、安裝錨桿困難，而且不能濕式鉆孔，粉塵大，工作環(huán)境差。為了提高煤幫錨桿施工速度和質(zhì)量，近年來我國又開發(fā)了氣動、液壓幫錨桿鉆機(jī)，較好地解決了煤幫鉆孔、安裝錨桿的問題。國內(nèi)使用的幫錨桿鉆機(jī)主要分兩大類：一類是氣動幫錨桿鉆機(jī)，另一類是液壓幫錨桿鉆機(jī)。按鉆機(jī)結(jié)構(gòu)不3/12/202410同，又分為手持式和支腿式幫錨桿鉆機(jī)。國內(nèi)部分手持式氣動幫錨桿鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1—3。國內(nèi)部分支腿式氣動幫錨桿鉆機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)見表1—4。與手持式幫錨桿鉆機(jī)相比，支腿式幫錨桿鉆機(jī)扭矩比較大，部分推力由支腿承擔(dān)，工人勞動強(qiáng)度較低。這種幫錨桿鉆機(jī)適合煤巖體比較硬的巷幫鉆裝錨桿。3/12/202411表1—3國產(chǎn)手持式氣動幫錨桿鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)3/12/202412表1—4部分國產(chǎn)支腿式氣動幫錨桿鉆機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)3/12/202413

2.錨索張拉設(shè)備預(yù)應(yīng)力錨索的顯著特點之一是在安裝過程中施加較大的預(yù)緊力，因此錨索張拉是決定錨索施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，張拉設(shè)備的技術(shù)性能與質(zhì)量明顯影響錨索支護(hù)效果。錨索張拉安裝機(jī)具主要由油泵、張拉千斤頂、液壓剪組成。目前，國內(nèi)煤礦廣泛使用的錨索張拉安裝機(jī)具主要有三種：煤礦3/12/202414用手動式錨索張拉機(jī)具、煤礦用氣動式錨索張拉機(jī)具(圖1—2、3)、煤礦用電動式錨索張拉和切斷機(jī)具。與錨索張拉機(jī)具配套用的液壓剪(也稱為鋼筋剪斷器，圖1—3所示為YYJ—180錨索鋼筋剪斷器)與手動泵或氣動油泵或電動油泵配套使用，是切斷錨索外露多余鋼鉸線的專用工具。常見的液壓剪定刀與外殼為一3/12/202415圖1—2煤礦用氣動式錨索張拉機(jī)具3/12/202416圖1—3煤礦用錨索張拉和切斷機(jī)具3/12/202417體，更換刀頭需將外殼整體更換。新型液壓剪將定刀設(shè)計為拆卸式，當(dāng)?shù)额^變鈍時，可直接卸下重新?lián)Q上新刀頭，外殼繼續(xù)保留使用。國內(nèi)常用錨索張拉安裝機(jī)具的主要技術(shù)性能詳見表1—5。

3/12/202418表1—5國內(nèi)常用錨索張拉安裝機(jī)具的主要技術(shù)性能3/12/202419第二節(jié)支護(hù)質(zhì)量檢測錨桿支護(hù)施工質(zhì)量檢測與礦壓監(jiān)測是煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)不可分割的重要組成部分。錨桿支護(hù)屬于隱蔽性工程，支護(hù)設(shè)計不合理或施工質(zhì)量不好都有可能導(dǎo)致頂板垮落、兩幫片落，出現(xiàn)安全事故。因此，在錨桿支護(hù)施工過程中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計或3/12/202420掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程的要求完成各個作業(yè)工序。錨桿支護(hù)施工后，還必須進(jìn)行工程質(zhì)量檢測，確保施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求。同時，應(yīng)對巷道圍巖變形與破壞狀況，錨桿(索)受力分布和大小進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測，以獲得支護(hù)體和圍巖的位移和應(yīng)力信息，從而驗證錨桿支護(hù)初始設(shè)計的合理性和可靠性，判斷巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全3/12/202421性。根據(jù)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)修改初始設(shè)計使其逐步趨于合理。一、錨桿拉拔力檢測錨桿拉拔力是錨桿在拉拔試驗中能承受的最大拉力。拉拔力是評價煤巖體可錨性、錨固劑粘結(jié)強(qiáng)度、桿體力學(xué)性能的重要參數(shù)。井下進(jìn)行錨桿支護(hù)之前，必須做拉拔試驗。拉拔試驗不僅要檢測錨桿拉拔力，還應(yīng)記錄3/12/202422拉拔過程中錨桿尾部的位移量，進(jìn)而繪制拉力與位移曲線，綜合分析錨桿的錨固效果。錨桿拉拔試驗分兩種情況：一是井下實施錨桿支護(hù)之前的拉拔試驗；二是錨桿支護(hù)之后對拉拔力的檢測。圖1—4為ML—20型錨桿拉力計，由一空心千斤頂和一臺SYB—Ⅰ型高壓手搖油泵組成，最大拉力200kN，活3/12/202423圖1—4錨桿拉力計工作原理1—空心千斤頂；2—高壓膠管；3—膠管接頭；4—壓力表；5—手搖油泵；6—標(biāo)尺3/12/202424塞行程100mm，質(zhì)量12kg。試驗時，用卡具將錨桿緊固在千斤頂活塞上，搖動油泵手柄，高壓油經(jīng)高壓膠管到達(dá)拉力計的油缸，驅(qū)使活塞對錨桿產(chǎn)生拉力。用壓力表讀數(shù)乘以活塞面積即為錨桿的錨固力，錨桿的位移量可從隨活塞一起移動的標(biāo)尺上直接讀出，其位移量必須控制在允許的范圍內(nèi)。3/12/202425二、錨桿預(yù)緊力檢測錨桿預(yù)緊力是高強(qiáng)度、高剛度錨桿支護(hù)系統(tǒng)的決定性因素，對支護(hù)效果與圍巖穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。對錨桿(索)預(yù)緊力的檢測是非常重要的工程質(zhì)量檢測內(nèi)容。錨桿預(yù)緊力的檢測一般采用扭矩扳手，如圖1—5所示。每個小班頂幫各抽樣1組(3根)進(jìn)3/12/202426圖1—5扭矩扳手3/12/202427行錨桿螺母扭矩檢測。每根錨桿螺母預(yù)緊力矩應(yīng)符合設(shè)計要求；每組中有1個螺母扭矩不合格，就要再抽查1組(3根)。若仍發(fā)現(xiàn)有不合格的，應(yīng)將本班安裝的所有螺母重新擰緊和檢測一遍。井下實測數(shù)據(jù)表明，預(yù)緊力會隨錨桿安裝后時間的加長而發(fā)生變化。特別是初始施加預(yù)緊力較高、圍巖比3/12/202428較松軟破碎的條件下，預(yù)緊力會隨時間延長而明顯降低，顯著影響支護(hù)效果。因此，不僅應(yīng)檢測初始預(yù)緊力，而且應(yīng)監(jiān)測錨桿預(yù)緊力的變化，根據(jù)預(yù)緊力變化曲線，調(diào)整初始預(yù)緊力的大小，必要時應(yīng)對錨桿實施二次擰緊。

三、錨桿支護(hù)幾何參數(shù)與安裝質(zhì)量檢測

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1.錨桿支護(hù)幾何參數(shù)檢測錨桿支護(hù)幾何參數(shù)包括錨桿間、排距，錨桿安裝角度，錨桿外露長度等。一般情況下，錨桿安裝方向與巷道軸線垂直，可用錨桿軸線與水平線(或垂線)的夾角表示錨桿安裝角度；當(dāng)錨桿安裝方向與巷道軸線不垂直，屬于空間問題，需要三個角度描述錨3/12/202430桿安裝方向；錨桿外露長度是指錨桿露出托板的長度。

2.錨桿托板安裝質(zhì)量檢測錨桿托板安裝質(zhì)量檢測應(yīng)符合以下要求：

(1)錨桿托板應(yīng)安裝牢固，與組合構(gòu)件一同緊貼圍巖表面，不松動；

(2)錨桿托板安裝質(zhì)量檢測方法一般均采用實地觀察和現(xiàn)場扳動的方式3/12/202431進(jìn)行；

(3)每個測點應(yīng)以一排錨桿托板為一組檢測。

3.組合構(gòu)件與鋪網(wǎng)安裝質(zhì)量檢測組合構(gòu)件與鋪網(wǎng)安裝質(zhì)量檢測應(yīng)符合以下要求：采用現(xiàn)場觀察方法檢測；錨噴支護(hù)時，金屬網(wǎng)輔設(shè)時要與巖面保持不小于30mm的間隙，錨網(wǎng)支護(hù)時，組合構(gòu)件與金屬網(wǎng)應(yīng)緊貼巷3/12/202432道表面；尺量網(wǎng)片搭接長度（網(wǎng)與網(wǎng)的搭接寬度不小于100mm）及連網(wǎng)點距離，應(yīng)符合設(shè)計要求；網(wǎng)間要求連接牢固。

四、錨索安裝工程質(zhì)量檢測錨索安裝工程質(zhì)量檢測內(nèi)容與錨桿類似，包括錨索拉拔力和預(yù)緊力、錨索幾何參數(shù)，托板與組合構(gòu)件的安裝質(zhì)量等。

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(1)錨索拉拔試驗采用錨索張拉設(shè)備在井下巷道中完成，其他要求與錨桿類似。

(2)錨索預(yù)緊力檢測采用錨索張拉設(shè)備對已安裝錨索的預(yù)緊力進(jìn)行檢測。錨索預(yù)緊力的最低值應(yīng)不小于設(shè)計值的90％。對于不合格的錨索要進(jìn)行重新張拉。

(3)錨索幾何參數(shù)包括間距、排3/12/202434距，安裝角度及錨索外露長度等，班組每班進(jìn)行檢測。

(4)錨索托板與組合構(gòu)件的安裝質(zhì)量要求與錨桿類似。

(5)錨索安裝工程質(zhì)量檢測間距和每次檢測點數(shù)可參考錨桿檢測確定。

3/12/202435第三節(jié)礦壓觀測錨桿支護(hù)施工質(zhì)量檢測的同時，應(yīng)對巷道圍巖變形與破壞狀況，錨桿(索)受力分布和大小進(jìn)行全面、系統(tǒng)地監(jiān)測，以獲得支護(hù)體與圍巖的位移和應(yīng)力信息，從而驗證錨桿支護(hù)初始設(shè)計的合理性和可靠性，判斷巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全性。根據(jù)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)修改初始設(shè)計，使其逐步趨于3/12/202436合理。一、巷道表面位移監(jiān)測方法巷道表面位移是最基本的巷道礦壓監(jiān)測內(nèi)容，包括頂?shù)装逡平?、兩幫移近量、頂板下沉量、底鼓量及幫位移量等。根?jù)監(jiān)測結(jié)果，可計算巷道表面位移速度，巷道斷面收斂率，繪制位移量、位移速度與采掘工作面位置與時間的關(guān)系曲線，分析巷道圍3/12/202437巖變形規(guī)律，評價圍巖穩(wěn)定性和巷道支護(hù)效果。巷道表面位移常采用十字布點法安設(shè)監(jiān)測斷面(圖1—6)在頂?shù)装逯胁看怪狈较蚝蛢蓭退椒较蜚@孔，安裝木樁、測釘?shù)葴y量基點。一個測站一般布置兩個監(jiān)測斷面，沿巷道軸向間隔0.6～1.0m。監(jiān)測時測讀AO、AB值，CO、CD值。也可測量AC、A3/12/202438圖1—6巷道表面位移監(jiān)測斷面3/12/202439D、CB值，通過計算得到頂板下沉量、底鼓量及幫位移量。同時，測量監(jiān)測斷面距采掘工作面的距離，記錄監(jiān)測時間。測量頻度根據(jù)巷道圍巖變形大小確定，一般距采掘工作面50m內(nèi)，每天觀測1次，其他時間每周觀測1～2次。測量巷道表面位移的儀器有多種形式，如鋼卷尺、測桿、測槍、收斂3/12/202440計等。圖1—7所示是JSS30／10型伸縮式數(shù)顯收斂計，主要由掛鉤、尺架、調(diào)節(jié)螺母、滑套、緊固螺釘、外殼、數(shù)顯裝置、彈簧、前軸螺母、前軸、聯(lián)尺、尺卡、尺孔銷、帶孔鋼尺等零部件組成。用于測量巷道周邊兩點間的距離變化。二、巷道頂板離層監(jiān)測

巷道開挖后，圍巖產(chǎn)生變形，頂3/12/202441圖1—7JSS30／10型伸縮式數(shù)顯收斂計1—掛鉤；2—尺架；3—調(diào)節(jié)螺母；4—滑套；5—緊固螺釘；6—外殼；7—數(shù)顯裝置；

8—彈簧；9—前軸螺母；10—前軸；11—聯(lián)尺；12—尺卡；13—尺孔銷；14—帶孔鋼尺3/12/202442板出現(xiàn)下沉。頂板不同深度的位移是不相同的，一般淺部巖層的位移較大，深部巖層的位移較小，導(dǎo)致淺部巖層與深部巖層出現(xiàn)位移差。位移差由煤巖體的彈塑性變形、結(jié)構(gòu)面(層理、節(jié)理、裂隙等)變形等組成。在結(jié)構(gòu)面比較發(fā)育的條件下，結(jié)構(gòu)面變形占主要部分，而且是影響頂板穩(wěn)定性的主要因素，因此預(yù)板的這種位移差3/12/202443又稱頂板離層。測量錨桿支護(hù)巷道錨固區(qū)內(nèi)外頂板離層大小，對評價錨桿支護(hù)效果和巷道安全程度具有重要意義。頂板離層指示儀是測量錨固區(qū)內(nèi)外頂板離層值的儀器(圖1—8)。頂板離層指示儀在頂板鉆孔中布置兩個測點：一個設(shè)置在錨桿端部位置，另一個設(shè)置在比較穩(wěn)定的深部圍巖中。在3/12/202444圖1—8頂板離層指示儀的安設(shè)圖1—9KDW—1／2型多點位移計3/12/202445兩個測點處安設(shè)固定器，固定器與頂板巖層同步移動。將固定器用測量鋼絲與設(shè)在頂板表面的測讀裝置連接，就能測出錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外和總的離層值。三、深部圍巖監(jiān)測多點位移計是深部圍巖位移測量的常用儀器，通過監(jiān)測布置在鉆孔內(nèi)不同深度的測點，確定這些測點位移3/12/202446和位移規(guī)律。一般將孔底點設(shè)為基點，然后確定其他點相對于此基點的位移。只有當(dāng)基點位于井巷影響圈以外，可以認(rèn)為該基點是不動點時，其他測點相對于該基點的位移就是絕對位移。多點位移計一般由孔內(nèi)固定器、測量鋼絲及孔口測讀裝置組成(圖1—9)。根據(jù)測量需要確定鉆孔深度、測3/12/202447點數(shù)和測點間距。一般每個鉆孔內(nèi)布置4～7個測點。井下測量時，以孔口測讀裝置上某固定直線作為基準(zhǔn)線，讀出每個圓盤上的刻度數(shù)，此數(shù)據(jù)為每個測點的初讀數(shù)。以后每隔一段時間測讀的數(shù)據(jù)與初讀數(shù)之差即為該測點相對于巷道表面的位移值。巷道穩(wěn)定狀況較好時，圍巖內(nèi)部變形的影響范圍小，隨時間推移變形3/12/202448速率迅速降低，且曲線規(guī)律性好，沒有異常狀態(tài)。

四、錨桿與錨索受力監(jiān)測錨桿與錨索受力監(jiān)測是巷道礦壓監(jiān)測的重要內(nèi)容。通過監(jiān)測支護(hù)體受力大小與分布，可以比較全面地了解錨桿與錨索工作狀況，判斷錨桿是否發(fā)生屈服和破斷，評價巷道圍巖的穩(wěn)定性與安全性，衡量錨桿支護(hù)設(shè)計是3/12/202449否合理。目前，國內(nèi)外已有多種錨桿與錨索受力監(jiān)測儀器，按用途分，主要有安裝在孔口、用于測量錨桿(索)尾部載荷的錨桿(索)測力計；有用于測量全長與加長錨固錨桿受力分布的測力錨桿等。

1.液壓式錨桿(索)測力計液壓式錨桿(索)測力計通過測量3/12/202450液壓枕油壓確定錨桿(索)尾部承受的載荷。YZS—200型錨桿測力計(圖1—10)，由帶圓孔的液壓枕與油壓讀數(shù)表組成。儀器的工作原理非常簡單。將液壓枕置于錨桿托板下方，錨桿受力擠壓托板，托板將壓力傳遞到液壓枕上，引起液壓枕內(nèi)油壓增加，油壓表讀出壓力值。經(jīng)過簡單換算，即可得到錨桿尾部承受的拉力。