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1、光爆锚网喷支护技术安全教师资格证培训：71号学员2013年7月 合肥主要内容1 光爆锚喷支护技术的发展与现状光爆锚喷支护技术的发展与现状2 光爆锚喷支护新工艺研究光爆锚喷支护新工艺研究3 光爆锚喷支护新工艺劳动组织光爆锚喷支护新工艺劳动组织4 采用光爆锚喷新工艺施工巷道的效果采用光爆锚喷新工艺施工巷道的效果1 光爆锚喷支护技术的发展与现状光爆锚喷支护技术的发展与现状1.1 光爆锚喷支护技术的发展光爆锚喷支护技术的发展 1.1.1 国外光爆锚喷支护的发展国外光爆锚喷支护的发展 光爆锚喷支护是一种先进的井巷掘进施工技术，它主要包括光面爆破、锚杆支护和喷射混凝土三个方面的内容。光爆锚喷支护突破了传统
2、的支护理论，不是消极地承受围岩压力，而是尽量保持围岩的完整性，限制围岩的变形、位移和裂隙发展，充分发挥岩体自身支承作用，把围岩从荷载变为承载，变消极因素为积极因素，变被动为主动，这是锚杆支护与一切旧的支护形式最根本的区别。光面爆破作为锚喷支护的超前工序，是在二十世纪50年代由瑞典发展起来的。瑞典哈棱曾在地下建筑物进行试验，兰格弗尔斯和伦德伯格曾用树脂玻璃进行模拟试验，均得出了有关的参数和结论。1.1.2 国内光爆锚喷支护的发展国内光爆锚喷支护的发展 我国从20世纪50年代中期开始采用光面爆破锚喷支护技术，经过了长时间的试验、摸索，19751981年为大面积推广应用阶段。1975年煤炭部召开了煤
3、炭系统光爆锚喷会议，正式把这项新技术确定为井巷支护技术改革的发展方向，并作为重大技术项目在全国煤矿推广。1.1.3 先进矿区锚喷支护的使用情况先进矿区锚喷支护的使用情况 徐州矿区锚杆支护时比较先进的，从20世纪70年代开始研究、试验、推广锚喷支护技术。其巷道光爆锚喷支护技术水平在全国处于领先地位。如大黄山煤矿巷道的光爆锚喷技术水平一直居于全国领先水平，建井工程处施工的卧牛山防空洞工程的光面爆破达到世界一流，眼痕率达100%，许多单位来参观学习。1.1.4 光爆锚喷支护技术取得的成就光爆锚喷支护技术取得的成就 光爆锚喷支护技术与传统的支护技术相光爆锚喷支护技术与传统的支护技术相比，其主要成就在于
4、：比，其主要成就在于：（1）进度快，效率高。（2）强度高，质量好。（3）安全可靠。（4）省材料，成本低。1.2 光爆锚喷支护现状光爆锚喷支护现状 传统光爆锚喷施工工艺主要方式传统光爆锚喷施工工艺主要方式为为“二掘一喷二掘一喷”，其流程为：，其流程为：迎头打眼装药、联线、放炮找掉临时支护出矸打锚杆支护（重复以上工序）初喷集中复喷成型。1.2.1 传统光爆锚喷施工工艺传统光爆锚喷施工工艺1.2.2 传统光爆锚喷支护工艺存在的问题传统光爆锚喷支护工艺存在的问题 虽然光爆锚喷技术在各矿区得到了普遍的应用，但是随着开采深度的加大，也暴露了其在生产实践中存在的问题，主要表现在：过分强调网、梁和喷层的支护作
5、用，忽视了锚杆的主体支护作用。树脂锚杆支护体系对锚杆螺母二次紧固提出了很高的要求，传统锚喷支护工艺无法满足这一要求，因而大大降低了锚杆的锚固作用。同时由于传统的锚喷施工工艺在爆破后直接挂网打锚杆，因巷道表面往往凹凸不平，致使锚杆托板不能有效地紧贴岩面，从而降低了锚杆的支护质量。此外，随着矿区各矿井的开采深度的加大，传统工艺施工的巷道失修比例越来越大，且修护的难度随着地应力的增加而增大。传统锚喷支护工艺在工程设计、生产实践中还存在诸多的缺陷和薄弱点。1.2.2.1 1.2.2.1 传统工艺在工程设计方面的主要缺陷传统工艺在工程设计方面的主要缺陷 (1)锚杆托盘与暴露围岩的接触为点线式接触。(2)
6、喷层厚度的不合理。传统工艺中，过分强调喷体的支撑作用，设计的喷厚一般为120mm以上，多数达到200mm，如在大断面巷道、岩巷交岔点、大硐室（绞车房、变电所等）设计的喷层厚度都在250mm，甚至更大。(3)不能发挥金属网、托梁在喷体中的骨架作用。1.2.2.2 1.2.2.2 施工工艺的缺陷施工工艺的缺陷 传统的锚喷施工工艺，存在着对施工质量较难控制的环节，有些环节，直接影响工程质量的提高，也影响工程质量的检测。主要表现在以下方面：(1)对锚杆质量控制的影响。(2)由于锚杆施工后被初喷覆盖，不能有效地实施树脂锚杆的二次紧固，不利于锚杆质量检查。(3)现场存在刻意造型的倾向。(4)传统工艺中，组
7、织生产方式为“两掘一喷”，第二掘进班放炮对第一掘进班已支护好的地点造成影响。2 光爆锚喷支护新光爆锚喷支护新 工工 艺艺 研研 究究2.1 光爆锚喷支护新工艺的支护机理光爆锚喷支护新工艺的支护机理2.1.1 光爆锚喷支护新工艺的锚杆支护机理光爆锚喷支护新工艺的锚杆支护机理 在岩巷锚喷支护中，可以认为锚杆的挤压加固作用占主导地位，悬吊作用是次要作用。依靠锚杆的挤压加固和对破碎围岩的强度强化，提高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边一定厚度范围内形成一个不仅能维持自身稳定，而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而保持巷道的稳定。2.1.2 光爆锚喷支护新工艺的喷浆支护机理光爆锚喷支护新工艺的喷浆
8、支护机理 新工艺根据喷射混凝土支护的四个作用（结构作用、封闭作用、改善围岩应力状态作用、组合拱作用），提出对开掘暴露的巷道围岩及时进行喷浆支护的要求，即初喷，以起到改善围岩应力状态和结构的作用，特别是由于掺有速凝剂，使混凝土凝结速度加快，早期强度高，喷射作业又紧跟掘进工作面，起到了及时支护围岩的作用，有效地控制了围岩的变形和破坏。l 新工艺要求按照先初喷，后锚喷的工序施工，初喷的目的还在于先找平岩面，便于打锚杆时锚杆托板紧贴岩面，利于实现锚杆二次紧固，保证锚杆安装质量，另外可以弥合缝隙，提高围岩强度，破碎岩石条件下打锚杆时不至于掉碎矸伤人及影响眼深控制。2.2 光爆锚喷支护新工艺光爆锚喷支护新
9、工艺l 新工艺的主要特点改变了传统工艺的锚锚喷喷喷（内置网）工序为喷锚锚喷喷（外置网）工序。新工新工艺的施工工序为：艺的施工工序为：迎头及路道安全检查、处理隐患、二次紧固螺母观测中、腰线画迎头轮廓线、点迎头眼眼位、点锚杆眼位打迎头中上部炮眼、周边眼打拱顶部锚杆二次出矸至底板两帮找掉、初喷打下部剩余炮眼打两帮锚杆迎头扫眼装药、连线拆除临时支护放炮安全检查、找顶、帮、面临时支护迎头打撅子眼、挂回头轮、初次出矸（倒矸）至迎头可喷浆高度冲洗岩面拱顶部初喷清理、收尾、交班。2.3 光爆锚喷支护新工艺的创新点l 新工艺在工序上采用了初喷打锚杆复喷的施工顺序，改变了传统的打锚杆初喷复喷工艺，作业方式上由“二
10、掘一喷”改为“三掘三喷”。对传统工艺进行了突破性的变革。图2-1 改革前后巷道支护效果图（局部放大图）2.4 光面锚喷支护新工艺的技术要求光面锚喷支护新工艺的技术要求l 实行光面爆破是实施岩巷锚喷支护新工艺的必备条件，只有掘进成形良好才能保证新工艺在喷厚较少的情况下的成巷质量达到工程质量标准要求。新工艺对光爆的要求可简单总结如下：2.4.1 光爆锚喷支护新工艺对光爆的要求光爆锚喷支护新工艺对光爆的要求l确定最佳周边眼距，一般300450mm，硬岩取大值，软岩取小值；l在特殊轮廓线处，可适当布设导向空眼；l确定最小抵抗线，一般400500mm，硬岩取小值，软岩取大值；l选择适宜的不偶合指数（炮眼
11、直径与炸药药卷直径之比，一般取1.21.68）；l正确计算出单位耗药量；l选择合理的装药结构；l确保周边眼沿断面周边轮廓布置且要保证等距与平行；l严格炮眼封堵质量；l确保雷管的同时起爆。l 光面爆破巷道周边眼的布置很重要，周边眼应布置在巷道轮廓线上，硬岩可布置在轮廓线以外，与轮廓线外切；软岩可布置在轮廓线以内，与轮廓线内切。其质量标准是：围岩面上留下均匀眼痕的周边眼数应不少于其总数的50%。超挖尺寸不得大于100，不出现欠挖现象。围岩面上不应有明显的炮震裂痕。2.4.2 光爆锚喷支护新工艺对支护材料的要求l 岩巷锚喷支护新工艺要求采用的锚杆为左旋无纵筋高强度（等强）螺纹钢锚杆，快速安装防松螺母
12、。金属网宜采用电焊平网。目前各矿岩石巷道使用的支护锚杆长度为1.6m2.5m，大多数为1.8m 2.2m，杆体直径为18mm和20mm两种。电焊平网网丝直径为3.5mm，网孔4040，规格随锚杆间排距大小而定，l 岩巷锚喷支护原采用的锚杆均为Q235普通圆钢制成。锚杆杆体与螺母之间匹配存在的问题有：原锚杆使用的螺母为普通六角螺母，在地压大时，往往会产生螺母内丝破坏，造成支护失效。实验证实，普通螺母配用级钢杆体时其最大破坏力达不到杆体的70%，由于螺母首先破坏，造成了杆体材料的浪费，增加了不安全因素。使用普通螺母安装过程复杂。使用普通螺母存在退丝现象。l 左旋无纵筋锚杆材质选用20MnSi，屈服
13、强度为335MPa，抗拉强度为510MPa，延伸率为16%以上，与同规格的普通圆钢和建筑螺纹钢相比，左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆的承载能力比普通圆钢提高30%，比建筑螺纹钢提高20%。与同等材料的支护强度相比得到了明显的提高。l 快速安装防松螺母的承载能力与杆体、锚杆尾部螺纹的承载能力相等，最大限度地发挥锚杆杆体强度，采用了钢质热镦六角螺母再加7 mm 9 mm 厚度，检验证明，该厚度螺母配用20M nSi 左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆作承载力试验，所有锚杆均从尾部螺纹处或杆体处延断，而螺母全部完好无损。为使该螺母能达到快速安装的目的，在螺母外端加上封板，以实现锚杆快速安装，使之防退扣扭矩达到约 30
14、N m。2.4.3 2.4.3 光爆锚喷支护新工艺对施工机具的光爆锚喷支护新工艺对施工机具的要求要求 岩巷工艺改革要求巷道拱顶部锚杆在岩性 f 7的条件下必须采用锚杆机施工，其优点是：钻眼速度快，锚杆安装方便，尤其是锚杆角度有保证。两帮锚杆及 f7岩性条件下仍使用凿岩机。表表2-3 锚锚杆施工机具杆施工机具选择选择表表普氏系数f钻眼机械配套钻具安装机具备注f87655凿岩机28普通钻头B22六棱钎杆锚杆机或7655凿岩机2.4.4 光爆锚喷支护新工艺对喷浆的要求l 实施新工艺的巷道，初喷必须紧跟迎头，但复喷必须滞后一段距离，徐州矿务集团规定复喷距离迎头不得小于5m，以便于锚杆螺母的二次紧固和质
15、量监测。初喷厚度不低于30mm，不大于50mm，复喷厚度在2040mm之间。待初喷喷层凝固后打注锚杆。复喷必须覆盖网、钢带、托板，总厚度一般不超过90mm。部分锚杆可以有少量外露，锚杆外露部分表面喷上一层浆防锈即可。2.4.5 2.4.5 光爆锚喷支护新工艺对施工顺序的光爆锚喷支护新工艺对施工顺序的要求要求 光爆锚喷支护新工艺必须按先初喷、后打永久支护锚杆、再复喷的顺序执行。每排锚杆中应严格按从中间到两边逐根施工的原则进行。巷道围岩破碎时，初喷前可视围岩的情况打一定数量的控顶、护帮临时锚杆。2.4.6 2.4.6 锚索支护在锚喷支护新工艺中的应用锚索支护在锚喷支护新工艺中的应用l 在岩巷锚喷支
16、护中一般在大断面、围岩破碎的条件下永久性硐室或巷道交岔点、巷道开窝点三四角门处可选择小孔径预应力锚索进行加强支护。l 小孔径预应力锚索支护技术主要是将一定长度的低松弛高强度的钢绞线配以专用锚具，用树脂或砂浆进行锚固，通过液压千斤顶在其尾部施加预应力，达到对巷道锚固支护的作用。l 锚索一般选用7股高强度钢绞线杆体，直径22mm，锁具选择使用瓦片式，其规格应与钢绞线规格具有良好的匹配。l 锚索长度一般在5m以上，根据顶板岩层特点，锚固端尽量布置到岩性较坚固稳定的岩层中，确定锚索长度时应分析上覆岩层的岩性。锚索支护一般沿巷道走向间距46m布置12根。l锚索一般应布置在巷道拱顶部，用于顶部支护，大断面
17、巷道有时也布置在巷道帮部用于护帮支护。锚索托板的破坏载荷不得小于26t。l 锚索的预紧力不得小于100kN，不大于120kN。2.4.7 2.4.7 光爆锚喷支护新工艺施工的其它要求光爆锚喷支护新工艺施工的其它要求l 对锚喷支护的施工质量作如下规定：一是螺母外露锚杆丝扣长度在1040mm之间；二是减摩垫圈必须被挤压变形，螺母扭距达到120Nm以上；三是复喷前必须适时对螺母进行二次紧固，确保紧固后螺母扭距达到150Nm；四是复喷成巷距迎头距离不少于5m；五是对喷浆层进行洒水养护，每小班至少进行洒水养护一次，养护长度不低于月进尺长度，以提高喷射混凝土的强度。3 光爆锚喷支护新工艺劳动组织光爆锚喷支
18、护新工艺劳动组织3.1 光爆锚喷支护新工艺劳动组织 新工艺采用“三掘三喷”的作业方式，三个班的循环方式相同。经过长期的实践探索，已总结出一套比较合理的施工顺序及劳动组织方式。3.2 光爆锚喷支护新工艺工序间的配合光爆锚喷支护新工艺工序间的配合l 放炮后及时检查迎头、及时找顶，此时迎头积矸较多，无法进行打顶部锚杆或初喷工作，此时有的单位利用积矸进行登矸作业打迎头拱顶部周边眼，有利于控制打眼角度，保证巷道成形，不失为一个好的方案，称方案，即找顶画迎头轮廓线（根据半弦长画线）、点眼位打上部周边眼初次出矸（倒矸）拱顶部初喷打拱顶部锚杆打迎头中上部炮眼二次出矸至底板帮部初喷打迎头下部剩余炮眼打帮部锚杆，
19、缺点是迎头空顶时间稍长。l 大多采用方案，即先初次出矸（倒矸），再拱顶部初喷打拱顶部锚杆打迎头中上部眼的施工顺序进行施工，该方案迎头顶板支护较及时，有利于顶板控制，但周边眼施工难度增大，不利于角度控制。初次出矸指将迎头积矸耙到距顶2.4m左右，适合迎头打锚杆和初喷即可。l 临时支护与施工工序的配合，临时支护应以撅顶道为主，安全点柱为辅，迎头的一切活动都必须在可靠的临时支护条件下进行，如迎头出矸需在迎头打12个固定回头轮的撅子眼，虽然涉及人员少，作业时间短，但也在架设好临时支护的条件下才能进行，即放炮找顶后的第一道工序就是架设好临时支护，为以后的作业创造条件，无论是出矸打固定回头轮眼、楔、挂轮，
20、l 还是迎头直接打周边眼、上部眼，新工艺要求先初喷再进行其它作业，初喷在永久锚杆之前，因此初喷必须在有临时支护的条件下进行，在临时支护的条件下，喷浆空间受到限制，喷浆受到临时支护体影响，喷浆效率降低。传统工艺因为初喷在迎头永久锚杆之后，因此不必用临时支护护顶，初喷的空间较大，喷浆效率较高。为克服新工艺喷浆与临时支护之间的矛盾，减少喷浆受临时支护的影响，提高喷浆效率，必须对现有的临时支护系统进行改进，新的撅顶系统由35根撅顶道和12片护顶网架组成。3.3 光爆锚喷支护快速施工 （1）锚杆施工与煤巷快速施工工艺相近，如采用多台锚杆机、风钻同时打眼，锚杆快速安装，出矸与其它工序平行作业，集中复喷与其
21、它工序平行作业等。（2）大功率耙装机快速出矸。（3）出矸装、调车新系统建立，大功率耙装机后直接跟车场，整车装车。（4）岩石钻车和侧式装岩机应用。4 采用光爆锚喷支护新工艺施工巷采用光爆锚喷支护新工艺施工巷道的效果道的效果 实行岩巷光爆锚喷新工艺后，从观测的数据和支护效果看，巷道支护质量都有明显提高，在同等条件下巷道变形量小，抗变形能力强，即使巷道受到动压影响出现较大变形，因网外喷层薄，也不会出现象原工艺那样大块喷体开裂，危及人身安全的情况。l 传统工艺巷道在一定的动压作用下一般要经历下面的过程：支护抗变形变形喷层开裂修护，修护通常包括卧底、刷帮、挑顶、剪网、剪锚杆等复杂工序，牵涉到大量的人力、物力，并对生产造成直接影响。新工艺一般要经历：支护抗变形少量变形的过程，一般不要修护。因此，实施岩巷光爆锚喷支护新工艺后，提高了岩巷锚喷支护质量，取得了显著效果。谢谢大家！