锚索退锚、破断的原因分析及控制对策

邵林金

摘 要：本文以山脚树矿22189工作面回风巷为例，分析了工作面回采期间锚索出现退锚、破断等问题的原因，并结合工程实际，有针对性的提出了控制对策。

关键词：锚索 退锚 破断

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0139-01

1 工程概况及问题描述

1.1 工程概况

山脚树矿22189工作面主采18#煤层，工作面标高1208～1267 m。18#与18#-1煤层平均厚度均在1.5 m，两层有合并现象，合并时煤层平均厚度在3.3 m，本区域内夹矸在0.03～0.80 m。工作面区域内发育有F1、F3、F4、F5、F6、F9等6条断层，落差分别为0～2.0 m、0～0.8 m、0～0.9 m、0.7～1.2 m、0～1.0 m、4.0～5.5 m，均为倾斜断层。煤层顶板为灰色、粉砂质泥岩和砂岩以及夹菱铁矿条带，平均厚度3.8 m；底板为灰色粉砂岩和泥质粉砂岩，平均厚度为2.3 m。

为承受工作面回采的动压影响，22189回风巷在掘进时期即采用高强度的锚杆、锚索支护方案。回采之前，巷道维护效果良好，仅有部分地段出现较大变形。

1.2 锚索退锚、破断现象描述

虽然巷道掘进时期的支护强度较高，但在工作面回采期间，出现了大量锚索退锚、破断等问题，给矿井的安全生产造成了一定的隐患。具体表现为以下几点。

（1）锚索退锚。

现场调研发现，超前工作面20 m范围内约60%～80%的锚索发生退锚。锚索退锚表现为一个渐进过程，钢绞线与夹片之间逐渐发生滑移而退锚，并且退锚后的夹片内部螺纹被钢绞线压平滑，失去咬合作用。此外，退锚锚索极大部分为锚索梁上的锚索，单体锚索退锚极少，退锚后的钢绞线缩回顶板中，表明顶板至少下沉了300～400 mm。

（2）锚索破断。

巷道中存在部分锚索由于压力过大而直接被拉断的现象，其余破断的锚索表现为剪断，剪断锚索大部分钢绞线断口与横截面成45°夹角，断口光滑，有2～3根钢绞线断口与横截面水平，断口凹凸不平，并且剪断锚索基本上为锚索梁锚索。

2 可能的原因分析

2.1 构造因素导致应力集中

22189回风巷沿工作面走向受F2、F4、F5等3个断层的影响，并且存在隐伏地质异常区，发生上述问题的锚索大多出现在构造带下方，该部位处于拉应力区域，围岩较破碎，导致工作面超前来压显现相对剧烈。

2.2 顶板强烈下沉导致锚索受力大

顶板强烈下沉有两种情况：（1）帮部大变形导致顶板向非回采侧严重倾斜，顶板下沉量极大。（2）顶板强烈动压影响，顶板在墙体附近破断、切顶。当锚索受力超过钢绞线与夹片之间的摩擦阻力、锚索抗拉断力时将导致锚索退锚、锚索破断。同时索体承受较高的剪切力，锚索尾部应力集中程度超过索体承受极限而断裂。

顶板支护所用锚杆为全长螺纹钢锚杆，螺纹间距较大，随着巷道变形，杆体受力增大，而杆体和螺母之间摩擦力较小，易出现螺母滑移后退现象。

2.3 顶板不平整导致锚索梁受力不均破坏

锚索梁最理想的工作状态为锚索梁与顶板接触充分均匀，这要求施工时顶板平整，工字钢受到的力可以均匀的分配给锚索，然而巷道顶板凹凸不平，导致部分工字钢与巷道顶板接触不均匀，为点接触，这使得锚索受力不均，容易导致其中的一根锚索因压力过大而发生退锚或破断。山脚树矿中锚索剪断现象主要是由于工字钢锚索梁作用面积大，顶板弯曲变形将导致工字钢弯曲变形，使得锚索孔口边缘处受到工字钢较大剪应力作用，当部分钢绞线被剪断后，剩下的钢绞线无法承受巨大的压力而直接被拉断，防止锚索剪断引起退锚的首选方式为在锚具后方增加一套万向调心球垫。

2.4 锁具夹片强度与钢绞线强度的匹配

从夹片破坏特征来看，表现出夹片强度明显低于钢绞线强度，当顶板来压剧烈时，由于钢绞线强度大于夹片强度，夹片内螺纹被钢绞线磨平，夹片失去咬合作用，握裹力逐渐减低，最后导致锚索逐渐退锚，部分锚索退锚后必然导致其他锚索工作阻力加大，从而导致运输顺槽中出现少量锚索被直接拉断的现象。当然，锚索拉断也有可能是锚索自身抗拉强度不足导致，这需要试验进一步验证。

2.5 其他原因

锚索安装过程中树脂药卷搅拌不均匀不充分、胶凝时间不够、药卷长度不足或锚固长度不足，锚固段钢绞线容易形成受力不均匀，可能引起单股钢绞线受偏载作用首先发生破坏，进而导致整根锚索退锚。

3 锚索退锚、破断等问题的控制对策

3.1 优化锚索支护方案

锚索梁的优点在于有效控顶面积大，但缺点在于顶板不平整时导致受力不均。因此顶板不平整地段，建议采用单体锚索加固。顶板平整地段，仍建议采用锚索梁加固，同时，工字钢上锚索孔需要适当加大，开孔应磨圆倒棱，留下工字钢变形空间，防止锚索被剪断。

3.2 采用使用万向调心球垫

万向调心球垫的应用可以保证锚索内外均呈现在同一条直线上，防止锚索受到局部应力集中而发生剪断现象，锚索张拉时加荷及卸荷梯度均匀平稳、夹片尾部保持在同一平面上。

3.3 使锚索、锁具、夹片等构件强度相匹配

目前，山脚树矿所采用钢绞线直径均为21.8 mm，1×19股高强度低松弛钢绞线（强度级别为1860 MPa、100 h松弛率小于3.5%，延伸率小于3.5%），与之匹配的锚具及夹片的强度级别应该与之相匹配，锚具要求为OVM型号，即使用广西柳州欧维姆标准锚具或能够达到此标准的锚具，夹片的强度级别要求为1860 MPa。若采用比此低一级别的夹片，如1720 MPa，则易导致退锚。如果夹片强度测试结果无法与刚交线合理匹配，需要及时更换夹片。同时，要求锚索、夹片生产厂家定期提供强度报告，以便及时检测强度。此外，锚具的高度规格也应该达到设计要求，以保证有效夹持长度，保证握裹力。

4 结语

锚索的退锚、破断等问题严重制约着矿井的安全生产，必须及时采取有效措施加以控制。除了认真落实本文中所提出的解决方案外，工作人员还要搞好技术交底工作，使操作人员懂得锚索安全的重要性，严格按锚索安装工艺进行施工。

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