【摘要】介紹錨桿支護的作用機理及回采巷道錨桿支護設(shè)計，并對支護效果進行了評價。
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)計采區(qū)巷道布置時，應(yīng)從選擇巷道的位置開始，到是否采用其它巷道保護措施，以至采用何種修復(fù)措施和加固手段等進行全面考慮。也就是說以巷道保護、巷道支護和巷道維護這三者的總費用最低作為最終考慮目標(biāo)。對巷道的設(shè)計，掘進、支護、正式使用以及報廢的全過程都應(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。錨桿支護的總體思想是如何利用錨桿支護最大限度地提高圍巖的自身承載能力及穩(wěn)定性，使圍巖與支護系統(tǒng)共同維護井下巷道的穩(wěn)定。但在現(xiàn)場實際工作中，尚存在對錨桿作用原理認識不足，設(shè)計依據(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.錨桿支護作用機理
錨桿的作用機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，實質(zhì)上按懸吊作用設(shè)計錨桿支護參數(shù)是一種安全性較高但不夠經(jīng)濟的設(shè)計方法。組合作用難被人們形象的接受，但按該原理設(shè)計錨桿支護參數(shù)是一種能夠滿足安全要求且較經(jīng)濟的設(shè)計方法。在實際工程中，有時二人作用同時存在，有時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設(shè)計
2.1設(shè)計原則
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)計時就應(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，均具有一定的強度和自身承載能力。如何使錨桿與圍巖共同作用組成一個有機的承載結(jié)構(gòu)，共同維護圍巖的穩(wěn)定，是錨桿支護的又一基本原則。
2.1.3綜合支護
綜合支護包括兩方面的含義。一是對頂板的支與護的有機結(jié)合：二是頂與幫的綜合維護，頂板支護是主體，兩幫支護是保證。有時兩者主次互為轉(zhuǎn)換。
2.1.4及時控制
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，支護必須有時間性，即及時支護原則。同時，也要求支護具有足夠的預(yù)緊力，即主動支護原則，從而提高圍巖的剛度。另外，必須保證支護的有效性及可靠性。
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)實踐圍巖變形量級別大，且底鼓嚴重。設(shè)計巷道為N2703運輸順槽，巷道斷面為梯形，斷面尺寸為4700×3000mm。
2.3錨桿支護沒計
根據(jù)分析及計算并結(jié)合現(xiàn)場工程調(diào)研確定支護方案為錨桿與錨索聯(lián)合支護：
(1)錨桿剛度及材質(zhì)：采用屈服強度≥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：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
3.1支護效果評價
圍巖變形劇烈期大約為5～7d(一般該時期圍巖變形量可達總變形量的70％以上)，之后就趨于穩(wěn)定變形階段。經(jīng)觀測一個月內(nèi)，圍巖變形量最大值為500mm，一般均不超過260mm。就該項指標(biāo)評價，巷道支護狀態(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，最大變形時已達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。由該項指標(biāo)可知，巷道頂板巖層在一周內(nèi)已達到穩(wěn)定狀態(tài)，取得了重新應(yīng)力平衡。這說明錨桿支護達到了滿意的效果。
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。
頂板圍巖完整性得到明顯加強，說明錨桿支護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，錨桿支護效率提高。
3.2經(jīng)濟評價
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)合護頂。巷道支護材料成本為1001.4元／m。
新方案巷道支護材料成本為629.2元／m，節(jié)約支護材料成本372.2元／m。經(jīng)濟效益明顯提高，與原方案相比，節(jié)約材料費用37％以上，尚未計算原方案的二次維修費用。否則節(jié)約比例還將有較大比例的提高。
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