摘要：淺析巷道圍巖松動圈的基本理論、圍巖分類與松動圈的測定方法、巷道錨桿支護機理，以及錨桿支護參數(shù)的合理選擇。
一、引言
錨桿支護在煤礦巷道的支護中，是一種應(yīng)用形式最多的支護方式。應(yīng)用錨桿支護，關(guān)鍵的一個問題就是如何選擇錨桿支護的參數(shù)，如何達到既經(jīng)濟合理，又能取得較好的安全支護效果，這才是最根本的目的。運用圍巖松動圈理論，以錨桿支護機理為基礎(chǔ)，合理選擇錨桿支護的參數(shù)，能夠取得較好的支護效果。
二、圍巖松動圈的理論概念
礦井下的巖體，在開挖前是處于原始的應(yīng)力平衡狀態(tài)，當(dāng)開挖后這種平衡狀態(tài)就會遭到破壞和打破，使得由單向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)殡p向應(yīng)力狀態(tài)，并且在巷道周圍產(chǎn)生了應(yīng)力集中。而巷道周邊變?yōu)閱蜗驊?yīng)力狀態(tài)，其徑向應(yīng)力σr下降為零，切向應(yīng)力σt集中。當(dāng)圍巖集中應(yīng)力σt小于巖體強度時，圍巖處于彈性變形狀態(tài)；當(dāng)圍巖集中應(yīng)力σt大于巖體強度時，圍巖就會產(chǎn)生破裂松動，并由巷道周邊開始向深部發(fā)展。這種破裂松動，深入圍巖深部的距離稱為圍巖松動區(qū)的厚度，這個破裂區(qū)則稱之為圍巖松動圈。
三、圍巖分類與松動圈的測定方法
圍巖松動圈是由圍巖應(yīng)力和圍巖強度所決定的，所以各煤礦的地質(zhì)條件不同，其圍巖松動圈的參數(shù)也不盡相同。確定圍巖松動圈的最好辦法，就是進行現(xiàn)場實測。我們可以采用圍巖裂隙探測儀，根據(jù)聲波波速和振幅，從而做出巷道圍巖巖體聲速振幅變化曲線，就很容易地確定了松動圈的范圍。而對于采準(zhǔn)巷道來說，測站間隔可達到50m以上，每個測站可設(shè)置幾條測線，每個測線布置6～8個測孔即可。頂板測孔要垂直頂板層理方向，其它測孔可沿煤層傾斜方向布置。測孔長度，按煤層柱狀圖來確定，一般為2～3m，其鉆孔鉆好后用水將孔沖洗干凈，并將探頭插入鉆孔，注水封閉后即可測試。
在實際操作過程中，可以根據(jù)圍巖松動圈支護理論，并結(jié)合單位實測資料進行圍巖詳細(xì)分類。一般情況下，都將圍巖分成三類，即穩(wěn)定圍巖(松動圈LP≤40cm)、中等穩(wěn)定圍巖(40cm＜LP≤150cm)和不穩(wěn)定圍巖(LP＞150cm)。按此分類，制定具體的支護方案與措施。
四、巷道錨桿支護機理
一般在現(xiàn)有的支護條件下，試圖采用支護手段來阻止圍巖的松動破壞而是不可能的。支護的的主要作用就是限制圍巖松動圈形成過程中破碎力所造成的有害變形。錨桿支護要達到較好的支護效果，其布置及參數(shù)必須充分考慮到松動圈內(nèi)巖體的變形及破壞情況。利用錨桿支護的作用，就是通過巷道周邊的數(shù)根錨桿穩(wěn)固，使巖體互相擠壓，形成一個接近原巖強度的組合承載結(jié)構(gòu)，這樣既錨固圍巖的表層和防止冒落，又可利用巖體本身強度實現(xiàn)穩(wěn)定的支護效果。因此，錨桿支護參數(shù)的選擇，必須適應(yīng)圍巖松動圈巖體的特性，這樣才是確定松動圈參數(shù)與選擇錨桿支護的基本依據(jù)。如此施工方能達到應(yīng)有的效果和作用。
五、錨桿支護參數(shù)的合理選擇
1、穩(wěn)定圍巖
由于松動圈圍巖的自重有限，錨桿將不起較大的作用。因此，對于整體性好、耐風(fēng)化的圍巖可不進行支護，必要時可用單一的噴射混凝土來支護。這種工程實踐表明，其混凝土的最大厚度以不超過20cm為宜。在節(jié)省材料的同時，也能起到穩(wěn)定的支護作用。
2、中等穩(wěn)定圍巖
通過現(xiàn)場的理論和實踐表明，這時圍巖碎脹變形比較明顯，其圍巖的收斂變形將使巷道巖體表層產(chǎn)生裂縫或破壞，因而必須用錨桿來控制其變形。錨桿錨固端為松動圈以外的巖體，錨固端位于塑性區(qū)。所以采用懸吊理論來合理確定錨桿參數(shù)，使得錨桿能充分起到拉伸、擠壓、加固作用，從而使松動圈內(nèi)巖體保持穩(wěn)定狀態(tài)。
(1)錨桿長度確定。
L=LP+L1+L2
式中：L——錨桿長度m；
LP——圍巖松動圈厚度，m；
L1——錨桿錨入松動圈以外穩(wěn)定圍巖的深度，可取0.2～0.3m；
L2——錨桿在巷道中外露長度，m。
(2)錨桿間排距確定。選取錨桿間排距相等時，則錨桿錨固力應(yīng)滿足以下條件：
Qmin≥LP·D2·γ
D≤[Qmin/(LP·γ)]1/2
式中：D——錨桿間排距，m；
Qmin——錨桿最小錨固力，kN；
γ——圍巖的重力密度，kN/m3。
(3)錨桿直徑確定。按照每根錨桿懸吊的巖石重量來計算錨桿直徑。
D2·LP·γ≤πd2[σ]/4
d≥2D[(LP·γ)/(π[σ])]1/2
式中：d——錨桿直徑，mm；
[σ]——錨桿體許用應(yīng)力，N/mm2。
3、不穩(wěn)定圍巖
在巖石松動圈大于1.5m時，巷道圍巖的收斂變形較大，這時支護除要有一定的支護強度外，還應(yīng)具備一定的可縮性。從現(xiàn)場實踐表明，此時可采用錨噴網(wǎng)支護結(jié)構(gòu)，其錨桿參數(shù)選擇原理與上述相同。如松動圈厚度較大，錨桿過長也安裝不易，且承受較大的拉力，錨固效果可能不好。因此，在層狀巖層結(jié)構(gòu)下，選擇較堅硬的巖層作為錨桿的錨固點，并在巷道表面布置金屬網(wǎng)進行噴層處理，這樣會取得理想的支護效果。
六、結(jié)語
在巷道進行支護時，應(yīng)根據(jù)圍巖松動圈理論，并通過測定來確定圍巖巖石的穩(wěn)定性與硬度情況，從而科學(xué)合理地確定錨桿及其相應(yīng)的支護形式。這樣，既能在現(xiàn)有的支護投資條件下達到安全支護的目的，又能最大限度地節(jié)省支護材料。
成功提示
錯誤提示
警告提示
評論 （0）