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　　前言

 

　　近年來，錨固技術在土木、礦山工程中得到了廣泛地應用，錨固技術使用的主要是錨桿，錨桿本身具有良好的力學性能、施工起來很簡便，自從1912年美國阿伯施萊辛第一次將錨桿用于煤礦巷道的支護，該技術已擁有百年的歷史，隨著不斷地研究錨桿的工程力學特性，拓寬了錨固技術的應用領域，現(xiàn)在研究錨固劑錨桿工程力學特性的課題成為當今社會關注的熱點。

 

 

　　1.1小議錨固技術的含義

 

　　錨固技術，在專業(yè)領域成為巖體錨固技術，錨桿是該技術不可缺少的工具，主要是在土層或巖層中埋設錨桿。這樣的目的為了讓工程建筑能夠通過錨桿與底層合為一體，錨桿主要的作用是與附近的土層形成剪應力結構，從而產(chǎn)生拉力，這樣就使附近的地層更為牢固，提高了工程的力學穩(wěn)定性。在土木、礦山工程中，采用錨固技術不但可以縮小工程的大小，減輕工程的自身重量，還可以節(jié)省經(jīng)濟成本。錨固技術的核心就是錨桿的力學特性，錨桿自身力學性能較佳、施工簡便，現(xiàn)在很多該領域研究者一直在研究錨桿的材料，以前使用的主要是鋼制錨桿，現(xiàn)在慢慢發(fā)展使用玻璃鋼符合材料，因為使用不同的材料可以改變其界面力學特性，方能進一步拓展錨固技術的應用領域。

 

　　1.2淺析錨固劑錨桿的應用現(xiàn)狀

 

　　剛才上文已經(jīng)提到錨固技術的施工方法，主要使用的工具是錨桿，同時使用的錨桿有很多的種類，不同的錨桿有獨有的力學特性，現(xiàn)在就將談下錨固劑錨桿。該種錨桿不僅施工簡便，而且經(jīng)濟成本較低，在巷道初期支護中得到廣泛地應用。據(jù)不完全統(tǒng)計，在錨固技術中使用錨固劑錨桿的用量達到一半以上。尤其是近些年來，錨固劑錨桿不斷地應用在有色金屬礦工程中，說道金屬礦工程，和普通的煤礦工程不一樣，因為它們的工程地質和力學環(huán)境條件有一定的差異，在巷道圍巖地壓和變形表現(xiàn)出不同的力學性狀，在地層與結構物之間采用錨桿支護，它屬于主動支護技術，錨桿與巖層產(chǎn)生的剪應力可以承受巷道圍巖地壓與變形。在金屬礦山工程中采用的是砂漿錨桿，這種類型的錨固劑錨桿有拉拔力較大、抗變形能力較強的特點，但是也有一些不可避免的缺點，施工起來較為繁瑣，起到支護效果的時間有點慢，大傾角錨桿的注滿度往往達不到設計要求等。為了進一步解決以上出現(xiàn)的問題，在保證安全、經(jīng)濟的基礎上，來優(yōu)化錨桿支護的參數(shù)，所以現(xiàn)在將研究錨固劑錨桿工程力學特性，來拓展其使用領域。

 

 

　　2.1分析工程地質的特征

 

　　現(xiàn)在將對某地區(qū)鐵礦進行應用研究，先來分析該工程的地質特征。礦石主要包括塊狀、染狀、斑塊狀、角礫狀磁鐵礦，對于塊狀磁鐵礦而說，該巖性較為堅硬，穩(wěn)定性較好，而浸染狀和斑塊狀磁鐵礦，表面致密、堅硬，穩(wěn)定性不如塊狀磁鐵礦好，角礫巖穩(wěn)定性較差。對于近礦圍巖來說，礦質主要為花崗巖、斑狀花崗巖、矽卡巖、閃長巖等，這些巖層主要收到破壞、腐蝕等作用，這和遠礦的圍巖來比，穩(wěn)定性就比較差。石英長石斑巖的強度比較高，穩(wěn)定性中等，但是處于近礦處，則穩(wěn)定性較差；花崗巖，成分主要包括鈣、鐵質等，穩(wěn)定性中等；矽卡巖，如果它裸露在外表，該巖層容易因發(fā)生水解而崩塌，這種巖體穩(wěn)定性極差；

 

　　閃長巖比較破碎，因為長期受到腐蝕的影響，穩(wěn)定性很差。在開采礦山時，一般挖掘較深，對于深處的巖層來說，該礦體的水份很少。在該礦區(qū)，礦體和圍巖的構造應力場與區(qū)域構造應力場基本一致，并且與礦體走向保持一致。開采深度300米至600米范圍內，水平最大主應力與自重應力的比值在1.5至2.0之間，平均2.14。

 

　　2.2深度剖析錨固劑錨桿工程力學特性

 

　　現(xiàn)在先來分析拉拔力/變形與支護時間關系，這個測試試驗主要是在該鐵礦東南區(qū)地下350米的巷道中進行的，主要是對不同支護年齡的錨固劑錨桿進行了大量的測試，經(jīng)過統(tǒng)計匯總，發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)呈現(xiàn)正態(tài)分布，以其均值作為該齡期的拉拔力/變形。從這個實測曲線可以發(fā)現(xiàn)，在施工前期時，錨固劑錨桿的拉拔力較低，經(jīng)過五天之后，拉拔力第一個峰值，經(jīng)過3天的穩(wěn)定期，拉拔力強度大多數(shù)是峰值的一半，九天以后，拉拔力達到了第二個峰值，但是增長的幅度比較小，經(jīng)過十天以后，則達到了平均最大拉拔力65KN。而錨固劑錨桿的變形會隨著施工年齡的不斷增長，抗變形能力逐漸降低，即脆性大幅度地增大。現(xiàn)在再將錨固劑錨桿拉拔力與時間的曲線擬合，從該曲線發(fā)現(xiàn)其規(guī)律屬于階梯函數(shù)。然后將錨固劑錨桿變形與時間的曲線擬合，變形曲線可見，錨固劑錨桿變形表現(xiàn)為分段函數(shù)的形式。錨固劑錨桿拉拔力/變形隨支護齡期的增加呈現(xiàn)的飛躍式的變化，這種變化與錨固劑材料有著很大的關系，一般的錨固劑主要是由水泥、凝劑、膨脹劑、砂子等組成，然后將其包裝起來，在施工前還需要將其浸泡在水中一段時間。里面包含的速凝劑主要能夠縮短凝固的時間，但是會降低混凝土的強度，而膨脹劑會阻止混凝土固化過程中收縮，還可以增強結實性。在錨固劑使用的砂子量很少，導致其強度較小，對不同年齡的錨桿進行破壞性的拉拔試驗，破壞點主要是螺紋鋼凸起螺紋之間的錨固劑被剪斷，發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，隨著錨桿年齡的增長，錨固劑的脆性變強，開始發(fā)生的拉伸摩擦，隨后發(fā)生的是剪切作用。總之，錨固劑錨桿的變形是拉拔力的遞增函數(shù)，安全系數(shù)隨錨桿承受的巷道壓力增加，安全系數(shù)逐漸減小。

 

　　3、探究巷道收斂變形監(jiān)測、錨固劑錨桿支護安全系數(shù)

 

　　現(xiàn)在就需要對東南區(qū)地下400米深處進行收斂變形觀測，測試的礦石屬于塊狀磁鐵礦，它的穩(wěn)定性中等。通過觀測可以得到，巷道初期收斂變形不大，但是在此變形過程中存在一定的波動性。經(jīng)過數(shù)月后，收斂變形速度變得很快，甚至出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象，會導致巷道失穩(wěn)并發(fā)生破壞。另外，對其進行曲線擬合，根據(jù)大量的試驗證明，在巷道施工初期時，收斂變形在平均線進行了一定的浮動，隨著時間的增長，變形明顯加快。通過實測的曲線就可以確定莫啊估計錨桿的支護安全系數(shù)，根據(jù)收斂檢測的數(shù)據(jù)，可以推斷出不同時期的支護安全系數(shù)。但是，如果支護的施工時期不到一個月時，需要事先查詢該年齡的變形值，然后將這個數(shù)值除以實測收斂變形值，則得到了高錨桿的支護安全系數(shù)。其實，根據(jù)國家礦山工程的規(guī)定，安全系數(shù)在1.5至2是最安全的，如果安全系數(shù)大于2時，則設計的參數(shù)較為合理，如果大于4.5時，那么巷道支護的經(jīng)濟成本過高，但是如果安全系數(shù)小于1.5，巷道欠支護，需要進行巷道補強支護設計。

 

 

　　通過對實際的鐵礦進行試驗證明，錨固劑錨桿的拉拔力/變形與支護時間的關系表現(xiàn)為階梯函數(shù)，這個關系函數(shù)受到時間的制約，隨著時間的推移，變形能力呈先增后減的趨勢，說明該材料的脆性很大。另外，根據(jù)巷道收斂變形特性曲線，可以科學地推測出其安全系數(shù)，這樣可以判斷出錨桿支護的質量，最后優(yōu)化了設計。因此，不斷地進行錨固劑錨桿工程力學特性及應用研究，這樣可以拓寬錨固技術的應用領域，為礦山工程建設帶來更大的貢獻。