摘要：錨噴支護是錨桿和噴射混凝土聯(lián)合支護的一種支護方法，它將錨桿和混凝土的作用有機的相結(jié)合，起到整體支護、保護和加固圍巖、釋放圍巖變形等作用，為煤礦巷道提供了有效地支護途徑，在實踐中得以廣泛的應(yīng)用。文章結(jié)合實際針對相關(guān)問題進行了分析探討，并提出了相應(yīng)的改良措施。
1前言
目前，錨噴技術(shù)在煤礦巷道支護中雖已廣泛應(yīng)用，但在實際施工中由于多種因素，錨噴支護質(zhì)量受到嚴(yán)重不良影響。
錨噴支護首先在支護形式和理論有所突破，將被動支護變?yōu)榉e極主動地支護方式，有效地保持了圍巖的穩(wěn)定性和整體性；其次，錨噴支護可以最大化發(fā)揮圍巖自身的支撐作用，將圍巖從荷載轉(zhuǎn)化成為載體，有效地抑制了圍巖的位移和變形。最終使圍巖、錨噴層和錨桿形成一個有機的整體，在三者的共同作用下，圍巖巖體的整體性得以保持。
2影響錨桿支護質(zhì)量的因素
錨桿的支護作用主要是通過圍巖的相互作用來實現(xiàn)的。其表現(xiàn)形式為：徑向和切向錨固力的作用，以此來提高圍巖的穩(wěn)定性。目前錨桿支護初始設(shè)計方法主要有：工程類比法、理論計算方法和數(shù)值計算方法的結(jié)合。由于在支護設(shè)計理論研究方面還有許多的欠缺，在我國目前主要是采用工程類比的方法進行錨桿的初始設(shè)計，在定量設(shè)計方面突破不大。在測試技術(shù)和手段、支護材料、支護的可靠性等方面與國外發(fā)達(dá)國家仍然有很大的差距。
2.1錨桿材質(zhì)對支護質(zhì)量的影響。錨桿常用的金屬材料多采用Q235(A3)圓鋼作為錨桿桿體，其屈服強度為240MPa。這種材料的力學(xué)性能直接影響著錨桿的強度和可延伸性等力學(xué)性能，再加上加工工藝的局限性使其錨尾有效直徑比錨桿實際公稱直徑小1.8mm—2.1mm，截面面積減少20%—25%。大量研究表明，錨尾的受力十分復(fù)雜，不但承受軸向拉應(yīng)力，還要受到彎曲應(yīng)力的作用，工作條件惡劣，受力大，因此，要求錨尾的螺紋強度有效截面直徑不小于桿體的實際公稱直徑。采用高強度或者超高強度金屬材料作為桿體材料，可以大大提高錨桿的力學(xué)性能。比如采用16Mn鋼并對其進行冷拉、滾絲處理，或者選用20MnSi鋼對其經(jīng)特殊工藝熱軋為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，可以使其屈服強度提高到650MPa，這樣會提高錨桿的適用范圍。近年來，各國正大力發(fā)展高強、超高強錨桿，破斷荷載一般為200kN—300kN。例如澳大利亞研究的HS1045高強度錨桿用鋼等。
2.2錨固劑對支護質(zhì)量的影響。錨固劑材料原先都是采用快硬水泥錨固劑，這種錨固劑在使用過程中，存在水灰比難于掌握、凝結(jié)時間長、施工難度大、人為因素影響波動大等缺陷。錨桿與圍巖緊密接觸，可以使錨桿與巖體之間具備良好的傳力性能。采用樹脂錨固劑可以使桿體強度大大提高，尾部螺紋強度基本上與桿體本身等強。
樹脂錨固劑可以縮短固化時間，安裝后15min，樹脂固化程度就可以達(dá)到80%—90%。與傳統(tǒng)錨固劑相比樹脂錨固劑具有：初錨力大、錨固可靠、超早強、微膨脹、承載快、便于操作等特性，可以減少人為因素的影響，達(dá)到最佳的錨固效果。近年來隨著礦井開采深度的增加和地質(zhì)條件的不斷變化，使樹脂錨固劑的應(yīng)用研究也進一步拓寬。
2.3錨桿錨固形式對支護質(zhì)量的影響。在我國煤礦巷道錨噴支護所選用的錨桿直徑大部分在14mm——20mm之間，鉆孔直徑在32mm—42mm之間，這時端錨錨桿的桿體與鉆孔壁之間有15mm左右的空隙，空隙使得錨桿切向錨固力得不到充分的發(fā)揮。在采用全錨錨桿時，錨桿與鉆孔壁之間的空隙被錨固劑所填充，當(dāng)圍巖發(fā)生變形時，全錨錨桿切向錨固力可以及時承載，起到支護巷道的效果。全長錨桿不但比端錨錨桿錨固力大，而且其徑向錨固剛度也比端錨錨桿要大，而端錨錨桿也只能在桿體的兩端起到作用，其徑向錨固力也增長的很慢?，F(xiàn)在大多數(shù)煤礦采用端錨錨桿錨固，雖然端錨錨桿錨固操作簡單，經(jīng)濟實用，但是端錨錨桿對于圍巖松軟、破碎、地應(yīng)力大的巷道的支護有著其局限性，只有采用全長錨固錨桿才能克服端錨錨桿的局限性。
全長錨固錨桿與端錨錨桿相比具有以下優(yōu)勢：全長錨固時，錨桿及圍巖的受力狀態(tài)好，實際錨固力大；全長錨固可以使錨桿具有較高的錨固力和抗剪能力；全長錨固能有效地提高錨桿支護系統(tǒng)的剛度，限制圍巖變形的發(fā)生；全長錨固可有效地約束頂板圍巖的變形和位移。
2.4“三徑”匹配不合理對支護質(zhì)量的影響。“三徑”匹配不合理是指錨桿的直徑、孔徑、錨固劑直徑三徑匹配不合理。鉆孔的直徑與錨桿直徑相差過大或者過小時錨桿的錨固力就會很小，鉆孔直徑過大時，錨桿不能有效地刺破樹脂藥卷和均勻地攪拌混合錨固劑；過小時錨固劑得不到有效的空間，只有達(dá)到合理的匹配后才能獲得最大的錨固力。在保證能夠順利安裝的條件下，樹脂藥卷的直徑應(yīng)該盡量地增大，使其能夠充分固化，使錨桿獲得最大的錨固力。樹脂藥卷直徑較大時可以減少樹脂在孔中的原始長度，當(dāng)巷道高度較小時可以使錨桿安裝時有足夠的空間。由于“三徑”匹配不合理使煤巷錨桿支護失效形式主要有：錨桿與錨固劑同時沿著鉆孔壁滑動；錨桿可以從錨固劑中拔出；錨固劑被剪切破壞。
2.5錨桿支護時間對支護質(zhì)量的影響。煤礦巷道在開挖后，圍巖的受力狀態(tài)發(fā)生了改變，由原來的三向變?yōu)槎蚴芰顟B(tài)，變形和位移開始加大。如果這時得不到及時支護，就有可能對巷道的安全造成隱患，準(zhǔn)確把握支護時間，對于巷道支護效果至關(guān)重要，在工程實踐中，一般從放炮到錨桿的安裝以不超過4h為宜，在一些穩(wěn)定性較差的巖層中，支護應(yīng)緊跟工作面，以不超過2h為宜。
3噴射混凝土對支護質(zhì)量的影響
噴射混凝土在煤礦錨噴支護可以防止巷道壁面風(fēng)化；加固和改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)；降低應(yīng)力集中，避免應(yīng)力集中點的有害移動；混凝土漿液嵌入裂縫，增強松動巖塊間粘結(jié)力；防止危石或者錨桿間危石墜落；可以使掘進工作面淋水集中，便于處理。
3.1混凝土材料對支護質(zhì)量的影響。錨噴用混凝土應(yīng)當(dāng)采用普通硅酸鹽水泥，這種水泥凝結(jié)硬度快，保水性好，早期強度增長快?？墒腔鹕交屹|(zhì)水泥、礦渣水泥的性質(zhì)與它相反，故不宜采用，且標(biāo)號以不低于400號為宜。粗骨料石子使用前應(yīng)進行篩選，河卵粒徑應(yīng)不大于25mm，碎石粒徑應(yīng)不大于20mm，級配適中，應(yīng)不含有雜質(zhì)，實驗表明，選用級配適當(dāng)?shù)男×剿槭鳛閲娚浠炷凉橇洗婧由?，可獲得良好的噴射混凝土效果。速凝劑的摻量必須嚴(yán)格進行控制，而且應(yīng)在噴射前的最短時間內(nèi)加入，盡量做到隨攪隨噴，否則，對速凝效果和混凝土質(zhì)量都有不良影響。據(jù)實驗資料表明，摻速凝劑后，混凝土的后期強度會有明顯的降低，與不摻速凝劑時對比，強度降低20%~30%，抗?jié)B性和收縮性也會有所下降，當(dāng)速凝劑的用量大于7%時，會產(chǎn)生一種水泥的急凝現(xiàn)象，會大大降低混凝土的強度。
隨著建材行業(yè)的快速發(fā)展，一些水泥廠相繼研制出來了超早強水泥、煤矸石速凝早強水泥和噴射水泥，并在井下做了噴射混凝土支護工業(yè)性實驗，顯示出了速凝、快硬、早強、高強和微膨脹等優(yōu)良技術(shù)性能。
3.2混凝土噴射過厚對支護質(zhì)量的影響?；炷羾妼拥淖饔弥饕w現(xiàn)在2個方面，一是起著參與并形成組合拱結(jié)構(gòu)的作用，為了起到這個作用，必須是混凝土噴層與圍巖緊密結(jié)合并伴隨著圍巖的變形而不發(fā)生離層的現(xiàn)象，所以噴層并不是越厚越好，隨著混凝土噴層厚度的增加，其剛度也隨之增加，這就使得噴層與圍巖容易發(fā)生離層現(xiàn)象，從而最終導(dǎo)致巷道的破壞。二是起到保護巷道不被侵蝕的作用。在工程實踐中，一般巷道混凝土噴層以80mm——120mm為宜；對于穩(wěn)定的巷道，也可在30mm——50mm之間；對于噴層厚度在50mm——100mm以上時，應(yīng)該分層噴射，以達(dá)到噴射效果，并可降低成本。
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