【摘要】介紹錨桿支護(hù)的作用機(jī)理及回采巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，并對支護(hù)效果進(jìn)行了評價(jià)。
引言
為保證采區(qū)回采巷道的穩(wěn)定性的總體效果最佳，在設(shè)計(jì)采區(qū)巷道布置時(shí)，應(yīng)從選擇巷道的位置開始，到是否采用其它巷道保護(hù)措施，以至采用何種修復(fù)措施和加固手段等進(jìn)行全面考慮。也就是說以巷道保護(hù)、巷道支護(hù)和巷道維護(hù)這三者的總費(fèi)用最低作為最終考慮目標(biāo)。對巷道的設(shè)計(jì)，掘進(jìn)、支護(hù)、正式使用以及報(bào)廢的全過程都應(yīng)采用巷道礦山壓力全過程控制和綜合治理的觀念全面考慮。錨桿支護(hù)的總體思想是如何利用錨桿支護(hù)最大限度地提高圍巖的自身承載能力及穩(wěn)定性，使圍巖與支護(hù)系統(tǒng)共同維護(hù)井下巷道的穩(wěn)定。但在現(xiàn)場實(shí)際工作中，尚存在對錨桿作用原理認(rèn)識不足，設(shè)計(jì)依據(jù)缺乏，綜合治理觀念差，錨桿安裝質(zhì)量存在問題，管理不規(guī)范等現(xiàn)象。
1.錨桿支護(hù)作用機(jī)理
錨桿的作用機(jī)理在宏觀上已有較明確的定論，即懸吊作用、加固作用與組合作用。懸吊作用易被人們形象的接受，實(shí)質(zhì)上按懸吊作用設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)是一種安全性較高但不夠經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方法。組合作用難被人們形象的接受，但按該原理設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)是一種能夠滿足安全要求且較經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際工程中，有時(shí)二人作用同時(shí)存在，有時(shí)只是某一因素起決定性作用，或某一因素起主要作用，其它因素起次要作用。
目前，錨桿作用本質(zhì)的論述尚不夠明確。研究表明，錨桿的作用本質(zhì)在于通過錨桿的預(yù)緊力改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖的剛度，增強(qiáng)巖層層面間的力學(xué)聯(lián)系，提高圍巖的自身承載能力。錨桿與圍巖共同作用構(gòu)成承載結(jié)構(gòu)，促使圍巖由支護(hù)對象和載荷源向承載結(jié)構(gòu)內(nèi)的承載主體的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)巖層由“松散系統(tǒng)”向“整體系統(tǒng)”、由“迭合狀態(tài)”向“組合狀態(tài)”的轉(zhuǎn)化。
2.層狀復(fù)合巖層回采巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)原則
2.1.1整體開掘
回采巷道的開掘以不輕易破壞頂板的完整性為原則，由于層狀復(fù)合巖層節(jié)理裂隙發(fā)育、強(qiáng)度小、且層間力學(xué)聯(lián)系弱，該原則就顯得尤為突出。為此，在巷道斷面設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)盡量避免破壞頂板巖層的完整性，創(chuàng)造良好的圍巖狀態(tài)。
2.1.2共同作用
巖層不論狀態(tài)如何、破斷與否，均具有一定的強(qiáng)度和自身承載能力。如何使錨桿與圍巖共同作用組成一個(gè)有機(jī)的承載結(jié)構(gòu)，共同維護(hù)圍巖的穩(wěn)定，是錨桿支護(hù)的又一基本原則。
2.1.3綜合支護(hù)
綜合支護(hù)包括兩方面的含義。一是對頂板的支與護(hù)的有機(jī)結(jié)合：二是頂與幫的綜合維護(hù)，頂板支護(hù)是主體，兩幫支護(hù)是保證。有時(shí)兩者主次互為轉(zhuǎn)換。
2.1.4及時(shí)控制
巷道開掘后，圍巖的變形是必然的。過度的變形將導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)性破壞，使巖層完全喪失自身承載能力。為此，支護(hù)必須有時(shí)間性，即及時(shí)支護(hù)原則。同時(shí)，也要求支護(hù)具有足夠的預(yù)緊力，即主動支護(hù)原則，從而提高圍巖的剛度。另外，必須保證支護(hù)的有效性及可靠性。
2.2基本條件
七臺河新建礦現(xiàn)開采水平埋藏深度為400-500m，可采煤層兩層，傾角3-13°，兩個(gè)煤層直接頂均為泥質(zhì)膠結(jié)，層節(jié)理發(fā)育。夾煤線的復(fù)合頂，為三類頂板，屬中等穩(wěn)定頂板，厚度在1.2—6.5m之間，其頂板破碎，屬處高應(yīng)力區(qū)、易風(fēng)化圍巖，遇水膨脹。老頂為16m厚的粗砂巖。該礦區(qū)域水平應(yīng)力較大，經(jīng)實(shí)踐圍巖變形量級別大，且底鼓嚴(yán)重。設(shè)計(jì)巷道為N2703運(yùn)輸順槽，巷道斷面為梯形，斷面尺寸為4700×3000mm。
2.3錨桿支護(hù)沒計(jì)
根據(jù)分析及計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場工程調(diào)研確定支護(hù)方案為錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)：
(1)錨桿剛度及材質(zhì)：采用屈服強(qiáng)度≥400MPa，延伸率≥20‰的螺紋綱。
(2)錨桿直徑：φ=18mm。
(3)錨桿長度：L=1600mm：輔助長錨桿長度：L=2800mm。
(4)錨桿密度：間距為850mm，排距為900mm。
(5)錨桿布置方式：要用五花型布置。
(6)錨桿錨同力：頂板T0≥100kN；兩幫T0≥50kN。
(7)錨桿預(yù)緊力：頂板T0≥30kN：兩幫T0≥15kN。
(8)兩幫支護(hù)：采用L二1600mm的同徑錨桿。
(9)可縮結(jié)構(gòu)：由于錨桿伸率不滿足要求，故錨桿加墊規(guī)格為200mm×l50mm×50mm的硬雜木托盤。
3.評價(jià)
3.1支護(hù)效果評價(jià)
圍巖變形劇烈期大約為5～7d(一般該時(shí)期圍巖變形量可達(dá)總變形量的70％以上)，之后就趨于穩(wěn)定變形階段。經(jīng)觀測一個(gè)月內(nèi)，圍巖變形量最大值為500mm，一般均不超過260mm。就該項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)，巷道支護(hù)狀態(tài)屬較穩(wěn)定狀態(tài)。
圍巖變形規(guī)律與頂板變形規(guī)律相同，但不同點(diǎn)為劇烈活動期后，圍巖變形仍未趨于穩(wěn)定變形階段，變形梯度仍較大，最大變形時(shí)已達(dá)1100mm以上，尚在繼續(xù)變化。
與頂板變形規(guī)律相同，錨桿載荷劇烈增載期為5-7d，而后基本趨于不增載的穩(wěn)定階段。由該項(xiàng)指標(biāo)可知，巷道頂板巖層在一周內(nèi)已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，取得了重新應(yīng)力平衡。這說明錨桿支護(hù)達(dá)到了滿意的效果。
與原方案相比，頂板圍巖變形量有明顯減少(原方案頂板變形量大于1000mm)，說明對圍巖變形的控制得到了加強(qiáng)。
頂板圍巖完整性得到明顯加強(qiáng)，說明錨桿支護(hù)的作用得到了較好的發(fā)揮。錨桿受力狀態(tài)得到了較大改善，錨桿超載率明顯降低，錨桿支護(hù)效率提高。
3.2經(jīng)濟(jì)評價(jià)
原方案采用直徑為22mm，長度為2400mm的錨桿，排距為900mm，間距為850mm，兩幫錨桿直徑為20mm，長度為1600mm，排距為900mm，間距為900mm，特種支護(hù)采和5300mm的錨索，密度為2根／m，采用鋼帶與金屬網(wǎng)聯(lián)合護(hù)頂。巷道支護(hù)材料成本為1001.4元／m。
新方案巷道支護(hù)材料成本為629.2元／m，節(jié)約支護(hù)材料成本372.2元／m。經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，與原方案相比，節(jié)約材料費(fèi)用37％以上，尚未計(jì)算原方案的二次維修費(fèi)用。否則節(jié)約比例還將有較大比例的提高。
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