專利名稱：煤礦拉力分散型錨索及其錨固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦支護所用的錨索及其錨固方法。
背景技術(shù)：
隨著煤礦建設(shè)與生產(chǎn)水平的延深，煤礦巷道地壓增高；隨著煤礦采煤技術(shù)與裝備 的升級，煤礦巷道斷面相應(yīng)增大，錨索支護正日益成為煤礦高地壓、大斷面巷道中不可或缺 的重要支護手段。煤礦錨索支護已經(jīng)從其研究應(yīng)用初期的一種短期支護手段轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N短 期支護和長期支護共同采用的支護手段，從支護短期服務(wù)巷道推廣應(yīng)用到支護長期服務(wù)巷 道、從支護煤巷推廣應(yīng)用到支護巖巷甚至軟巖巷道。然而，煤礦巷道錨索支護的錨固結(jié)構(gòu)與工藝卻并沒有隨著煤礦巷道錨索支護對象 和條件所發(fā)生的重大改變而有所改造。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，煤礦錨索錨固技術(shù)存在著一定 的系統(tǒng)性缺陷，現(xiàn)有的錨索錨固技術(shù)對于煤礦巷道支護的穩(wěn)定性和安全性存在著一定的系 統(tǒng)風(fēng)險。根據(jù)承載方式的不同，錨索可以分為拉力集中型錨索、壓力集中型錨索、拉力分散 型錨索、壓力分散型錨索和拉壓混合型錨索等。在煤礦巷道支護中，普遍使用的錨索屬于拉 力集中型錨索。拉力集中型錨索的錨固結(jié)構(gòu)由一個在同一時間內(nèi)固化并錨固的錨固段A、一 個自由段B和一個外露的錨頭段C組成，如圖Ia和圖Ib所示，采有固化性能相同的同一種 錨固劑將其錨固段A錨固在圍巖鉆孔中，使用固化性能相同的同一種錨固劑在一個鉆孔中 一次全錨固段全部錨固完成。研究表明，拉力集中型錨索粘結(jié)剪應(yīng)力的分布是不均勻的，并且只有部分長度的 錨固段受力；在錨索錨固段的起始位置處粘結(jié)剪應(yīng)力最大，向錨固段深部方向，錨索粘結(jié)剪 應(yīng)力呈指數(shù)曲線迅速衰減；在錨固段的外端，即錨固段的起始位置上會產(chǎn)生嚴(yán)重的拉應(yīng)力 集中現(xiàn)象；由于錨索錨固力遠低于其鋼絞線的破斷力，從而在較低的錨固力水平就會發(fā)生 錨索內(nèi)錨固的破壞。傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力錨索多屬于此種類型，目前煤礦巷道支護所使用的錨索 錨固結(jié)構(gòu)均屬于此種類型。錨索支護的失效與破壞屬于隱性失效與隱性破壞，且現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù)難以及時發(fā) 現(xiàn)錨索內(nèi)錨固的破壞，由此造成近年來煤礦巷道冒頂事故不斷發(fā)生，給煤礦安全生產(chǎn)帶來 嚴(yán)重威脅，具體表現(xiàn)在1、錨索工作狀況表面上看上去完好，但頂板卻發(fā)生離層和沉降，表明錨索的內(nèi)錨 已經(jīng)發(fā)生松動或松脫。2、錨索在與粘結(jié)介質(zhì)或孔壁之間產(chǎn)生剪切破壞后松動抽脫，頂板可能會在錨索外 錨完好的情況下發(fā)生嚴(yán)重的離層或垮落；3、給巷道支護設(shè)計人員提供失真的信息，致使設(shè)計人員在以后的支護設(shè)計中企圖 通過增加錨索的安裝數(shù)量或增大錨索的直徑來提高巷道支護的安全性；4、增加巷道支護材料成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種錨固段粘結(jié)剪應(yīng)力分 布更加均勻，錨索錨固段有效利用長度更長，能有效提高巷道支護的穩(wěn)定性和安全性的煤 礦拉力分散型錨索及其支護方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明煤礦拉力分散型錨索是由錨頭段、自由段和錨固段構(gòu)成，其特征是所述錨 固段在其沿鉆孔深度方向上的不同錨固節(jié)段上，采用具有不同固化時間的錨固劑，以使在 所述不同的錨固節(jié)段上同一時間置入的錨固劑在不同的時間完成固化；并且，處在更為接 近鉆孔孔底位置的內(nèi)錨固節(jié)段的錨固劑先行固化，處在更為接近鉆孔孔口位置、與之相鄰 的外錨固節(jié)段上的錨固劑滯后10 20小時完成固化。本發(fā)明煤礦拉力分散型錨索的錨固方法的特征是按如下步驟進行a、采用每個錨索孔只安裝一根錨索的小孔徑錨索孔；b、向所述小孔徑錨索孔內(nèi)置入錨固劑，先行置入內(nèi)錨固節(jié)段Al位置上先行完成 固化的錨固劑，隨即置入外錨固節(jié)段A2位置上滯后10 20小時完成固化的錨固劑；C、安裝鋼絞線，并用鋼絞線連續(xù)攪拌錨固劑至規(guī)定的攪拌時長；d、待內(nèi)錨固節(jié)段Al位置上的錨固劑完全固化時，安裝錨具并進行預(yù)緊張拉至設(shè) 計張拉力；e、等待外錨固節(jié)段A2位置處的錨固劑滯后10 20小時完成完全固化即成。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明由于使用固化速度不同的錨固劑，通過設(shè)置與之相對應(yīng)的安裝順序，實 現(xiàn)在同一鉆孔中不同錨固節(jié)段的錨固劑是在不同的時段內(nèi)完成固化錨固，從而實現(xiàn)錨索的 分節(jié)段、分時錨固，提高了錨索內(nèi)錨固段的有效利用長度，分散并均勻了錨索錨固段剪應(yīng)力 的分布，降低了錨索的粘結(jié)剪應(yīng)力峰值，提高了錨索的錨固力和支護強度。2、本發(fā)明按照固化時間較短的錨固劑在前、固化時間滯后的錨固劑在后的順序安 裝錨索錨固劑，兩種或兩種以上不同固化速度的錨固劑一次安裝、一次攪拌完成，從而實現(xiàn) 小孔徑新型拉力分散型錨索的一次安裝、攪拌完成，而能分段、分時錨固。圖面說明圖Ia為已有技術(shù)中拉力集中型錨索的錨固結(jié)構(gòu)示意圖。圖Ib為

圖1所示拉力集中型錨索粘接剪應(yīng)力分布示意圖。圖加為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2b為本發(fā)明錨固段剪應(yīng)力分布示意圖。
具體實施例方式參見圖加和圖2b，本實施例是由錨頭段C、自由段B和錨固段A構(gòu)成，錨固段A在 其沿鉆孔深度方向上的不同錨固節(jié)段上，采用具有不同固化時間的錨固劑，以使在不同的 錨固節(jié)段上同一時間置入的錨固劑在不同的時間完成固化；并且，處在更為接近鉆孔孔底 位置的內(nèi)錨固節(jié)段Al的錨固劑先行固化，處在更為接近鉆孔孔口位置、與之相鄰的外錨固 節(jié)段A2上的錨固劑滯后10 20小時完成固化。本發(fā)明具體實施中，內(nèi)錨固節(jié)段Al與外錨固節(jié)段A2的長度比例一般為1 1，但內(nèi)錨固節(jié)段Al的長度應(yīng)不小于1米。內(nèi)錨固節(jié)段采用中速錨固劑，外錨固節(jié)段采用緩凝型 錨固劑，緩凝型錨固劑的初始凝固時間為12 16小時，最終固化時間為M小時。錨固過程1、采用每個錨索孔只安裝一根錨索的小孔徑錨索孔；2、向錨索孔內(nèi)置入錨固劑，先行置入內(nèi)錨固節(jié)段Al位置上先行完成固化的錨固 劑，隨即置入處錨固節(jié)段A2位置上滯后10 20小時完成固化的錨固劑；3、安裝鋼絞線，同時用鋼絞線連續(xù)攪拌錨固劑至規(guī)定的攪拌時長；4、待內(nèi)錨固節(jié)段Al位置上的錨固劑完全固化時，安裝錨具并進行預(yù)緊張拉至設(shè) 計張拉力；5、等待外錨固節(jié)段A2位置處的錨固劑滯后10 20小時完成完全固化即成。承載過程在安裝初期，外錨固節(jié)段A2處的錨固劑由于沒有完成固化而不受力，錨索的錨固 力全部產(chǎn)生于內(nèi)錨固節(jié)段Al位置處；隨著頂板壓力的增加，錨索上錨固段的錨固力將會隨之增加；當(dāng)錨索的外錨固節(jié)段A2處的錨固劑完全固化錨固后，且頂板作用于錨索的載荷 大于內(nèi)錨固節(jié)段Al處的錨固力時，外錨固節(jié)段A2處的錨固力開始產(chǎn)生并增長，此時，內(nèi)錨 固節(jié)段Al處的受力不會增加；當(dāng)頂板作用于錨索的載荷大于外錨固節(jié)段A2處的錨固力，且里內(nèi)錨固節(jié)段Al處 的錨固力沒有達到其最大錨固力時，內(nèi)錨固節(jié)段Al處的錨固力仍會隨著頂板壓力的增大 而增大，直至達到其最大錨固力；在內(nèi)錨固節(jié)段Al處和外錨固節(jié)段A2處都已經(jīng)錨固工作后，錨索的錨固力等于內(nèi) 錨固節(jié)段Al位置處和外錨固節(jié)段A2位置處的錨固力之和。
權(quán)利要求
1.煤礦拉力分散型錨索，由錨頭段、自由段和錨固段構(gòu)成，其特征是所述錨固段在其沿 鉆孔深度方向上的不同錨固節(jié)段上，采用具有不同固化時間的錨固劑，以使在所述不同的 錨固節(jié)段上同一時間置入的錨固劑在不同的時間完成固化；并且，處在更為接近鉆孔孔底 位置的內(nèi)錨固節(jié)段Al的錨固劑先行固化，處在更為接近鉆孔孔口位置、與之相鄰的外錨固 節(jié)段A2上的錨固劑滯后10 20小時完成固化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦拉力分散型錨索，其特征是內(nèi)錨固節(jié)段Al與外錨固節(jié)段 A2的長度比例為1 1，內(nèi)錨固節(jié)段Al長度應(yīng)不小于1米。
3.—種權(quán)利要求1所述煤礦拉力分散型錨索的錨固方法，其特征是按如下步驟進行a、采用每個錨索孔只安裝一根錨索的小孔徑錨索孔；b、向所述小孔徑錨索孔內(nèi)置入錨固劑，先行置入內(nèi)錨固節(jié)段Al位置上先行完成固化 的錨固劑，隨即置入外錨固節(jié)段A2位置上滯后10 20小時完成固化的錨固劑；c、安裝鋼絞線，并用鋼絞線連續(xù)攪拌錨固劑至規(guī)定的攪拌時長；d、待內(nèi)錨固節(jié)段Al位置上的錨固劑完全固化時，安裝錨具并進行預(yù)緊張拉至設(shè)計張 拉力；e、等待外錨固節(jié)段A2位置處的錨固劑滯后10 20小時完成完全固化即成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤礦拉力分散型錨索及其錨固方法，由錨頭段、自由段和錨固段構(gòu)成，其特征是所述錨固段在其沿鉆孔深度方向上的不同錨固節(jié)段上，采用具有不同固化時間的錨固劑，以使在所述不同的錨固節(jié)段上同一時間置入的錨固劑在不同的時間完成固化；并且，處在更為接近鉆孔孔底位置的內(nèi)錨固節(jié)段的錨固劑先行固化，處在更為接近鉆孔孔口位置、與之相鄰的外錨固節(jié)段上的錨固劑滯后10～20小時完成固化。本發(fā)明能有效提高巷道支護的穩(wěn)定性和安全性。
文檔編號E21D21/00GK102116162SQ20111007557
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者何炳銀, 余國鋒, 侯圣權(quán), 劉冠學(xué), 楊永剛, 薛俊華 申請人:安徽省煤炭科學(xué)研究院, 平安煤礦瓦斯治理國家工程研究中心有限責(zé)任公司, 淮南礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司