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　　前言

 

　　煤巷直接服務(wù)于采煤工作面，其巷道位置一般不易選擇，圍巖呈層狀，強(qiáng)度較低，并且受工作面采動(dòng)影響，圍巖變形量大。為了保證巷道在整個(gè)服務(wù)期間內(nèi)不維修或少維修，滿足工作面的正常開采，固莊煤礦推廣了錨桿支護(hù)技術(shù)。它能充分發(fā)揮原巖自身的承載能力，提高支護(hù)強(qiáng)度，降低支護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效，成為本礦支護(hù)改革的有效途徑。

 

　　1錨桿支護(hù)機(jī)理

 

　　巷道的破壞，是從巷道邊界點(diǎn)即臨空自由面開始層層破壞剝落的。巷道掘進(jìn)，破壞了原巖應(yīng)力狀態(tài)，使巷道臨空自由面失去了法向應(yīng)力，必然引起法向位移。巖石的變形位移，又會(huì)產(chǎn)生新的反向應(yīng)力，直至形成應(yīng)力平衡，不再引起新的位移。形成這種應(yīng)力平衡的條件就是巖石的完整性好，可以形成一定的彈性變形。錨桿置入圍巖內(nèi)部后，通過錨固形成的圍巖預(yù)應(yīng)力，使錨桿周圍的圍巖形成承壓能力，進(jìn)而形成起支護(hù)作用的巖石應(yīng)力拱或梁。被支護(hù)巷道斷面形式的不同，錨桿支護(hù)的作用機(jī)理也不同。典型的錨桿作用機(jī)理理論有懸吊理論、組合梁理論、楔固理論和錨桿桁架理論等。不論什么理論都離不開錨桿對(duì)圍巖應(yīng)力狀態(tài)的改善這一基本機(jī)理。錨桿的作用就是在失穩(wěn)的圍巖自由面上，再施加一個(gè)約束力，提高巖石特別是破碎巖體的抗剪、抗壓強(qiáng)度，使圍巖形成能夠承載的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

 

　　錨桿對(duì)巖體的加固作用比較復(fù)雜，概括起來(lái)主要表現(xiàn)在以下幾方面：

 

　　（1）錨桿施與圍巖的預(yù)應(yīng)力，提高了巖體的抗變形能力，加強(qiáng)了巖體的整體穩(wěn)定性；

 

　?。?）當(dāng)錨桿穿越破碎巖石深入到穩(wěn)定巖層時(shí)，由于錨桿的抗拉作用，對(duì)不穩(wěn)定巖層起著懸吊作用；

 

　?。?）對(duì)于大跨度巷道斷面，錨桿抗剪、抗拉作用對(duì)巖層離層可產(chǎn)生一定的阻力，增強(qiáng)了巖層間或破碎巖石間的摩擦力，阻止了巖層的相對(duì)滑動(dòng)，使各巖層形成組合梁作用。

 

 

　　2.1錨桿的材質(zhì)

 

　　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(qiáng)度為240MPa。這種材料的力學(xué)性能直接影響著錨桿的強(qiáng)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(shí)際公稱直徑小1.8～2.1mm，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(qiáng)度有效截面直徑不小于桿體的實(shí)際公稱直徑。采用高強(qiáng)度或者超高強(qiáng)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。

 

　　2.2錨固劑

 

　　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(shí)間長(zhǎng)、施工難度大、人為因素影響波動(dòng)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(qiáng)度大大提高，尾部螺紋強(qiáng)度基本上與桿體本身等強(qiáng)。樹脂錨固劑可以縮短固化時(shí)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(qiáng)、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(lái)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(jìn)一步拓寬。

 

　　2.3支護(hù)時(shí)間

 

　　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(lái)的三向變?yōu)槎蚴芰顟B(tài)，變形和位移開始加大。如果這時(shí)得不到及時(shí)支護(hù)，就有可能對(duì)巷道的安全造成隱患，準(zhǔn)確把握支護(hù)時(shí)間，對(duì)于巷道支護(hù)效果至關(guān)重要，在工程實(shí)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(hù)應(yīng)緊跟工作面，以不超過2h為宜。

 

 

　　3.1合理選取參數(shù)，保證巷道成形好

 

　　巷道寬度是影響巷道穩(wěn)定性與確定支護(hù)參數(shù)的主要因素。因此，施工時(shí)要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制巷道寬度，應(yīng)盡量減少施工對(duì)巷道圍巖的工程破壞，以保證巷道成形質(zhì)量，盡量用全斷面施工，少用分部開挖法，以提高圍巖自穩(wěn)能力。用爆破法掘進(jìn)巷道時(shí)，宜采取光面爆破法。在軟煤或裂隙發(fā)育煤體中，應(yīng)堅(jiān)持“護(hù)頂先護(hù)幫”的原則，提高兩幫煤體的支護(hù)強(qiáng)度對(duì)兩幫要預(yù)留200～300mm爆破，爆破后用全高刷齊。

 

　　3.2及時(shí)支護(hù)頂板

 

　　巷道開挖后，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行支護(hù)。施工中嚴(yán)禁空頂作業(yè)，臨時(shí)支護(hù)必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定，緊跟工作面。臨時(shí)支護(hù)的單體支柱必須保證足夠的初撐力；之后，在臨時(shí)支護(hù)的掩護(hù)下對(duì)巷道進(jìn)行錨桿支護(hù)。錨桿支護(hù)時(shí)要確保錨桿孔的角度、深度、間排距符合設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格掌握攪拌時(shí)間。

 

　　3.3控制好兩幫最上部錨桿的角度

 

　　巷道兩幫最上部錨桿與煤幫水平線呈10～15°角向頂板方向斜插。其目的是盡量使錨桿錨固端處于巖石中并增大垂直力，提高幫部支護(hù)效果。因此，鉆孔前應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求確定孔位，并做好標(biāo)記。鉆孔時(shí)應(yīng)確?？孜?、孔深與角度符合設(shè)計(jì)要求。

 

　　3.4重視頂板兩隅角處錨桿的角度

 

　　頂板兩隅角處錨桿和鋼帶梁聯(lián)合承擔(dān)冒落巖石重量，中間錨桿起組合巖層制止其位移過大的作用。所以，兩隅角處錨桿錨固后端頭要在各自所在幫的開挖破壞深度以外，角度應(yīng)控制在與水平面夾角成60～75°之間。由此，使錨固垂直應(yīng)力落在強(qiáng)度較大的幫部圍巖中，以增加頂板巖梁的抗剪能力和加強(qiáng)圍巖梁提供的兩個(gè)支點(diǎn)的支護(hù)抗力。

 

　　3.5嚴(yán)格按照規(guī)定及時(shí)預(yù)緊螺母

 

　　錨桿支護(hù)的最大特點(diǎn)就是及時(shí)主動(dòng)支護(hù)。對(duì)于端部錨固錨桿，實(shí)現(xiàn)及時(shí)主動(dòng)地支護(hù)圍巖主要是依靠托板與巖體的接觸，使錨桿與圍巖形成支護(hù)體系，使圍巖表面由受拉區(qū)轉(zhuǎn)化為受壓區(qū)，將圍巖受力狀況由二維狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三維狀態(tài)，使圍巖由脆性向塑性轉(zhuǎn)變，阻止圍巖表面破壞和變形，提高圍巖的穩(wěn)定性。如果說托板是圍巖與錨桿相互作用的橋梁，那么這個(gè)橋梁的作用是靠預(yù)緊螺母實(shí)現(xiàn)的，也就是說預(yù)緊螺母對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力是形成擠壓加固帶的前提。然而，由于對(duì)錨桿預(yù)緊力作用認(rèn)識(shí)不足，施工中，預(yù)緊螺母湊合馬虎，不是預(yù)緊力低就是預(yù)緊不及時(shí)，常常造成錨桿失效，頂板離層，為事故的發(fā)生埋下隱患。因此，及時(shí)預(yù)緊螺母是防止工作面頂板事故的重要措施，也是現(xiàn)場(chǎng)施工檢查錨固端部?jī)?nèi)在質(zhì)量的主要手段。

 

　　3.6嚴(yán)格監(jiān)測(cè)錨桿內(nèi)在支護(hù)質(zhì)量

 

　　現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是巷道施工的核心，是判斷圍巖穩(wěn)定性，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)與施工正確性、合理性的重要手段。因此要嚴(yán)格實(shí)行錨桿施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)，堅(jiān)持做好錨桿受力與頂板離層量監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息，修正設(shè)計(jì)參數(shù)和施工程序，實(shí)施施工過程的動(dòng)態(tài)管理。實(shí)行二次支護(hù)由于煤巷直接服務(wù)于采煤工作面，圍巖強(qiáng)度較低，且受采動(dòng)影響變形量大，為保證安全，應(yīng)根據(jù)頂板離層量及錨桿承載情況決定是否進(jìn)行二次支護(hù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)頂板離層量（或錨桿承載）超過（或接近）臨界值（錨桿抗拉強(qiáng)度）時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同情況及時(shí)采取相應(yīng)的措施。二次支護(hù)可采取的措施有：加大支護(hù)密度，

 

 

　　錨桿支護(hù)由于其特有的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)今巷道支護(hù)改革的主要趨勢(shì)。在使用錨桿進(jìn)行巷道支護(hù)實(shí)踐中，要因地制宜，采取合理措施，提高支護(hù)質(zhì)量。