浅议岩巷掘进锚喷支护技术的改进

论文导读：目前根据巷道不同性质的围岩，采用锚、网、喷等多种形式，也使锚喷支护技术得到进一步的发展。锚喷支护的成功取决于严格按其各项技术要求施工，因此抓好锚喷支护的质量、进行支护工艺上的改进，已成为锚喷支护施工现场的管理人员和作业人员必须予以关注的问题，以便适应深部巷道矿压增大和围岩岩性的变化。由于喷射混土施工工艺的特点，在选择喷射混凝土配合比时，既要满足支护结构对喷射混凝土的物理力学性能方面的要求，又要考虑喷射混凝土施工工艺方面的要求，而使喷射混凝土具有足够的抗压、抗拉、粘结强度，又使喷射混凝土收缩变形值保持最小，喷射作业时的回弹率也最低。
关键词：锚喷支护技术，施工工艺，改进

　　在岩巷掘进中，采用光面爆破锚喷支护，其支护原理已为人所共识。它在煤矿的使用越来越广泛。目前根据巷道不同性质的围岩，采用锚、网、喷等多种形式，也使锚喷支护技术得到进一步的发展。随着矿井开采水平的不断延深，地压也随之明显增大，有些锚喷巷道出现明显的压力显现，例如喷体开裂、巷道变形等。这些现象的出现，不仅增加了巷道维修费用，而且直接影响了正常的安全生产。通过调查也发现，除因地压大而压坏喷层外，还有不少是因锚喷施工质量低劣而导致破坏的。锚喷支护的成功取决于严格按其各项技术要求施工，因此抓好锚喷支护的质量、进行支护工艺上的改进，已成为锚喷支护施工现场的管理人员和作业人员必须予以关注的问题，以便适应深部巷道矿压增大和围岩岩性的变化。
　　一、锚喷支护工艺
　　任何产品的生产，不按其工艺要求进行，质量都是无法保证的。锚喷支护也是如此。锚喷支护质量的制约因素很多，施工中只要有一个环节不按工艺要求进行，就将会从根本上降低其质量，影响支护效果。
　　1、光面爆破
　　光面爆破是通过合理选择爆破参数，使爆破后的巷道成形规整，减少了超挖和欠挖，最大限度地保持围岩的自承能力，有利于安全施工和永久支护的安全使用。光面爆破是搞好锚喷支护的前提和基础。光面爆破施工在工艺上有着严格的要求。但我们在现场调查中发现，不少的巷道光爆成形很差，超挖严重，围岩表面不规整。究其原因，是没有按工艺要求施工。有的施工人员为了片面追求进度，不按要求布置周边眼、随意加大装药量，造成少钻眼、多装药，其结果是严重破坏了巷道围岩的稳定性、削弱了它的自身强度、降低了它的自承能力，给下一步的锚喷支护带来很大困难。
　　2、潮料喷射工艺
　　潮料喷射混凝土是减少物料回弹（尤其是其中石子的回弹）、提高混凝土强度的有效措施。同时能降低空气中粉尘浓度，减少物料对输送管与喷射机具的磨损。采用这项工艺，经济效益是很显著的。但由于喷混凝土拌料时，末使用与之配套的搅拌设备，潮料喷射始终很难达到要求，使得这一项先进的工艺一直未能在现场取得应有的成效。
　　3、近距离喷射工艺
　　采用此项工艺，可以减少混凝土喷射束的散射，有利于降低喷浆料的回弹率。同时它还能降低空气中的粉尘含量。喷头与受喷面的最佳距离是根据喷射混凝土强度最高和回弹率最小来确定的，一般在输料距离20～50米，供气压力0.12～0.18Mpa，经验数据喷距0.6～1.0米最佳。如果距离过小，粗骨料喷射时所受空气阻力很小，喷射动能很大，造成回弹率大，如果距离过大，喷射的骨料所受的空气阻力过大，相应的喷射动能而无法嵌入混凝土。我在现场发现这项工艺掌握的不好。分析其原因，一是不坚持使用喷射机所带的风压表，给操作人员掌握风压增加了困难，稍不注意就容易出现堵管事故。因此在实际操作中，工人宁可将风压调大，也不愿意调小，以防止堵管。这也给控制喷枪到喷射面距离造成困难；其次是喷射距离近了，回弹物会溅到喷射手身上；再其次是巷道断面较大时，喷枪靠人工操作，达不到要求距离。要实现近距离喷射，除加强对喷射手的责任心与技术教育外，还要采取切实可行的措施解决喷射中存的问题，使这一项工艺在现场能得以很好地采用。
　　4、一次喷射的厚度
　　喷射时，围岩表面立即粘结成一层喷射混凝土。如果喷头移动过慢，粘结的混凝土层会愈粘愈厚，直到混凝土支持不住本身的重量，影响混凝土的粘结与凝聚。如果喷头移动的过快，在围岩面上只留下一层砂浆，大部分的骨料回弹，等薄层硬结后，再复喷必然会增加回弹率，影响效果。因此，一次喷射混凝土应有一定的厚度，其厚度可根据岩性、围岩应力、巷道规格尺寸、喷射的角度等来确定。一次喷射厚度同喷射方向与水平面的关系可用下式计算：
　　D=K+4cos a
　　式中 D—— 一次喷射的厚度(cm)；
　　K—— 3～4；
　　a---- 喷射水平与水平面的夹角。
　　通过一般计算，一次喷射厚度为40（顶）～70（帮）mm为最佳，分层喷射时，必须在前一层喷射混凝土终凝后再进行。
　　5、合理确定复喷到迎头的距离
　　在现场施工中，不少单位将复喷紧跟迎头。这在巷道围岩条件好、原始应力较小时是可行的。因为这种巷道开挖后很少发生变形。但大多数巷道则并非如此，它们往往要有一个变形期，使应力得以重新分布、达到平衡。这样巷道才趋于稳定。根据巷道支护理论，锚喷支护是一种主动支护，是一种将“抗”与“让”相结合的柔性作用，使围岩应力得以合理分布，提高围岩自承能力。这样更有利于维护围岩的稳定。
　　锚喷两次支护也是根据上述机理提出的。巷道开挖后立即初喷一薄层砂浆或混凝土，并安装锚杆。这样利用喷层和锚杆的柔性特点，允许围岩有一定量的变形，以改善围岩内部的应力分布状况，并控制围岩有较大的变形发展。由此达到发挥围岩自承拱的承载能力的目的，以减少对二次永久支护层的压力。复喷到迎头的距离，取决于围岩的性质、构造、巷道断面、掘进速度与光爆效果等因素。若围岩硬度f在4左右、节理和层理又不太发育、巷道断面15m2左右时，复喷到迎头的距离若每天掘进速度为4.5米时，则以20米左右为宜。这实质上就是给巷道围岩在临时支护后留有一个变形期。待巷道围岩渡过这个变形期，内部应力重新分布后，再进行二次永久支护。显然不分析具体条件，复喷紧跟迎头，往往对二次永久支护的效果造成不利影响。其次，我们在调查中发现，复喷紧跟迎头的施工方式，使施工质量管理增加了难度。采用这种方式施工，偷工减料的现象时有发生。锚杆安装角度偏差大、间排距也加大，锚杆锚固力更是难以达到要求，复喷厚度也达不到设计规定，而管理人员对这种施工质量问题很难进行监督检查。
　　6、全断面一次掘进
　　从静力学的角度看，巷道可视为一个围岩与支护层共同组成的厚壁承载环。巷道开挖后，破坏了围岩原有的三向应力平衡状态，围岩不可避免地产生变形和位移，以致出现开裂和松动。为减缓这一过程，承载环应尽快闭合，才能发挥其承载作用。按照这一观点，组织全断面一次掘进对提高巷道的稳定性特别有利。它能有效地使巷道围岩应力分布均匀，防止喷层因局部应力集中而破坏。在巷道施工中如采取分上、下两部分施工，围岩的内部应力重新分布在时间上不同步，在同一个密闭环内出现应力分布不均，易出现两邦大面积错动开裂，巷道底鼓，影响正常的使用。

7、锚杆支护工艺改进
　　在锚杆——喷射混凝土支护的巷道中，锚杆所发挥的支护作用是为人所共知的。过去我们主要使用的钢丝绳、管缝锚杆，由于其施工方便，便于机械化作业，提高了掘进速度，为我们矿区锚喷支护技术的发展起到了积极的促进作用。然而，经过几十年的应用也逐渐暴露出管缝锚杆存在着许多无法克服的缺点。由于管缝锚杆是靠管径的弹性变形产生的管壁和钻孔岩石表面之间的磨擦阻力锚固围岩的，在材质、加工和安装质量方面都难以达到设计要求，而且耐腐蚀性差，导致锚固力降低，支护质量不稳定。因此采用高初锚力、高强度的树脂螺纹钢锚杆替代管缝锚杆可以提高支护质量,其屈服荷载、破断荷载大大高于普通锚杆，特别是在锚杆尾部螺纹部分经过强化热处理后，其强度高于杆体强度，并能保证必要的延伸率，使锚杆支护的安全可靠性进一步提高。
　　二、现场施工管理
　　严格的质量管理是提高工程质量的首要保证。煤矿施工的特点是地下分散作业，严格执行施工制度与落实措施更为重要。锚喷支护在质量管理上还有不少薄弱环节亟待加强。
　　国家煤矿安全监察局在《煤矿安全质量标准化标准》中关于“井巷工程检验评定标准”对喷射混凝土支护的井巷工程，在“质量保证项目”作了比较严格的规定，不合格者不能定级。
　　1、喷射混凝土的质量管理
　　1）混合料的配合比
　　由于喷射混土施工工艺的特点，在选择喷射混凝土配合比时，既要满足支护结构对喷射混凝土的物理力学性能方面的要求，又要考虑喷射混凝土施工工艺方面的要求，而使喷射混凝土具有足够的抗压、抗拉、粘结强度，又使喷射混凝土收缩变形值保持最小，喷射作业时的回弹率也最低。喷射混凝土的配合比不但决定喷射混凝土的强度，也是确定其成本高低的重要因素。喷射混凝土的成功依赖着许多变化的因素，其配合比是在诸多因素中起着主导作用的。水泥：砂：石子的配合比一般为1:2.2:2.4，水灰比0.51:1。这是积多年施工经验总结出的多数场合下的最佳配合比。它能保证喷射混凝土的强度，能够控制围岩的变形与松弛，并能降低回弹率，达到节约材料之目的。但我们在现场调查中却发现，有相当一部分区队没有按这一配合比拌料，大致有以下几种情况。
　　⑴工人凭感觉去控制水泥、砂子和石子的配合比，将它们装入矿车，或直接装入喷射机内拌合成料。
　　⑵矿上为方便现场施工，将石子、砂子在地面事先拌好。但由于管理不到位，要求不严，砂子、石子的配比不能做到严格符合标准。
　　⑶石子的粒径不符合要求。采购部门未按规定的标准进料，石子的级配有的不合格，而且含有大量的石粉或泥土含量超过标准。用这种石子拌合出的混合料当然达不到要求的配合比。
　　⑷速凝剂的掺入量与均匀程度不足。有的直接将速凝剂倒入矿车，随混合料一块装入喷射机。由此影响喷射混凝土的强度。
　　⑸有的根本不拌料，而是一人向喷射机内装砂石，另一人向喷射机内装水泥。喷射出的混凝土根本未得到均匀搅拌。
　　⑹有的虽然在现场拌料，但由于放置时间过长，造成干拌料失效。
　　以上种种严重违反操作规程和工艺要求的举措，使得喷射混凝土的根本得不到保证。这些不但浪费了大量的材料，还给生产和安全造成了隐患。因此建议：
　　①喷射混凝土的拌合要使用专用搅拌机，要严格按配合比随拌随用；
　　②加强石子的级配管理，对于含石粉、泥土的石子、砂子要事先冲洗干净，做到不合格的料不下井；
　　③加强对管理人员与施工人员的技术培训和思想教育、提高他们的技术素质、质量意识与执行规程的自觉性；
　　④严格按质量标准加强对喷射混凝土质量的检查，严格进行试块强度检测，不得弄虚作假。发表论文。
　　2）喷射混凝土厚度
　　喷射混凝土厚度是巷道锚喷支护的主要参数之一，因此成为支护质量标准中规定检查的基本项目。因在现场检查难度大，加之没有适用的专门检测仪具，因此就有喷厚达不到设计要求的现象。因喷层厚度达不到设计要求而压坏的巷道在现场出现很多。在目前的情况下，要有效地控制喷射混凝土的厚度，一是要加强现场与施工同步的监督和管理。二是必须实行拉线喷射，即按巷道的净断面尺寸拉好线进行喷射。这是在目前条件下控制喷厚的简单易行而又显效的方法。三是定点加强喷射施工前后巷道尺寸的对比检查。在巷道上下帮定点，每1米为一个控制点，在这一点上对喷射前后的巷道尺寸进行对比检查，从而确保喷射厚度达到要求。
　　3）其他方面
　　在喷射混凝土施工中还存在着其他一些不良现象，也必须加强管理加以克服。
　　①喷前不冲刷受喷面。喷射混凝土前必须将受喷面冲刷干净，否则必然削弱喷射混凝土与受喷面的粘结，直接影响喷层的支护能力，降低支护效果。
　　②多次重复喷射。现在的喷射机具与喷射工艺完全能满足目前的喷厚要求，但不少单位还采取多次喷射的施工方式。在这种情况下，喷层只要受力，就极易在两次喷射面之间产生离层，影响其支护强度。
　　③由于巷道成形不好，巷道出现较大超挖时，个别区队则采取填矸或者挂多层金属网，制造假帮假顶。这些均不利于巷道维护。
　　④喷后不养护。发表论文。喷射混凝土施工后的养护是一道很重要的工序。井下潮湿、空气湿度大，对喷射混凝土养护有一定好处。但喷射混凝土中添加了速凝剂，在水化过程中，需要较多水分,因此养护对提高喷体强度是必须措施之一。在不同的养护条件下，喷射混凝土的收缩变形量是不同的，而不加养护则出现较大的变形。因此，对喷射混凝土应进行较长时间（至少14天）的洒水养护。
　　2、锚杆安装的质量管理
　　锚杆赖以发挥作用的首要条件是其安装角度和初始锚固力均要达到要求。我们在现场发现多种不符合标准的做法，如钻锚杆孔时不注意控制角度，使锚杆安装后角度偏差过大，影响支护效果；锚杆安装时不上紧托盘，锚杆得不到预应力，失去锚固作用等。针对上述情况，应切实加强对锚杆安装质量的管理。要严把钻孔质量关。钻孔时必须短钎和长钎交替使用，必须保证锚杆与顶板和两帮的垂直度达到标准规定的要求。安装螺纹钢树脂锚杆时，搅拌要到位，锚杆尾端的垫板要贴紧围岩表面，然后用专用工具将螺母上紧，确保扭距、预应力达到要求。这几道工序一道都不能省，必须监督施工人员逐项完成。只有这样才能保证锚杆安装角度和初锚力达到预期的要求，提高锚杆的支护效果。发表论文。
　　　　随着开采深度的增加，吨煤成本也在随之增大。我们应通过因地制宜地改变锚喷支护参数，降低工程造价，以及加强技术管理与工程质量管理，提高巷道支护质量，保证煤矿的安全生产，降低巷道的维修费用，力争创造更好的经济效益。
　　三、提出的建议
　　对锚喷支护，我们应从下列几方面加强技术管理和施工质量管理。
　　1、加强技术管理，因地制宜地选择锚喷支护参数。并要能根据巷道围岩条件的变化进行必要的修改，做到巷道围岩变锚喷支护参数随之也变。
　　2、合理选择光爆系数，严格在炮眼位置、角度、深度、装药量、装药结构、连线方式、起爆顺序等工序上按光爆要求施工。
　　3、开展深孔光爆技术的研究。从长远来看，推广深孔光爆具有深远意义，因为它可加大循环进尺，减少辅助时间，提高效率，加快巷道掘进速度，减少炮茬留下的台阶，光爆效果好。而且还可以降低成本，如炸药、雷管的消耗等。
　　4、增强各级管理人员和施工人员的质量意识, 严格执行质量检查验收制度。应首先加强这类人员的技术培训与思想教育，切实提高他们的技术素质和思想素质，提高他们执行标准规范、按设计和工艺的要求作业的自觉性。再者是强化责任制，要一层一层落实责任制，做到事事有人负责，道道工序、质量有人把关。只有这样才能把施工中的质量隐患消灭在施工过程中，锚喷支护质量的好坏要成为考核每一个有关人员业绩的依据之一。
　　5、建立巷道施工的原始记录。因为它能完整地保存巷道施工全过程的资料数据，包括全部光爆和锚喷支护技术参数、施工班组及日期、每天的施工进度等等，如实在地反映出每天的施工和质量情况。掘进班组应对每一作业循环的基岩掘进工程和其操作的主要工序:锚杆、锚喷等质量情况作为一个检查点，按《煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》检查点的测点要求，自行认真检查，并做好施工检查记录。这样的原始记录给检查验收和考核都提供了可靠的依据。