試論應用錨桿支護技術(shù)

朱漢華

摘要：隨著錨桿支護技術(shù)在我國煤礦巷道圍巖控制中的應用越來越廣泛，錨桿支護的優(yōu)越性目前已得到普遍認同，其理論及實踐也日益完善。在我國煤礦應用錨桿的支護來改善圍巖的“支—圍”關(guān)系，給礦區(qū)帶來的社會經(jīng)濟效益的提高和安全生產(chǎn)環(huán)境的改善越來越顯著。

關(guān)鍵詞：錨桿支護 現(xiàn)狀 優(yōu)越性 注意問題

0 引言

科學在發(fā)展，技術(shù)在進步，科技是降低成本、提高經(jīng)濟效益的主要手段。相信錨桿支護技術(shù)是煤礦中最具有發(fā)展?jié)摿Φ闹ёo技術(shù)，它必將對煤礦企業(yè)的高產(chǎn)高效帶來重大影響。以下是本人對錨桿支護的一點認識和思考，相信只要認真對待，注重研究，錨桿支護技術(shù)必將繼續(xù)完善和提高，進而推動煤礦經(jīng)濟效益的提高，并積極地響應了國家對能源行業(yè)提出的關(guān)于節(jié)能減材的方針和政策。

1 使用錨桿支護的作用

隨著錨桿支護工程實踐的不斷豐富使用，與不同條件的各種錨桿支護理論的相繼被提出并逐步得到發(fā)展和完善，歸納起來，主要有以下三個作用。

1.1 懸吊作用 錨桿支護的懸吊作用，突出的表現(xiàn)在直接頂較薄，老頂較堅固的情況下，錨桿將下部不穩(wěn)定的巖層懸吊在上步穩(wěn)固的巖層上，由錨桿承擔軟巖或危巖的重量，以達到井巷穩(wěn)定的目的。這一理論提出的較早，有一定的實用價值。但是大量的工程實踐證明，即使巷道上部沒有穩(wěn)固的巖層，錨桿亦能發(fā)揮支護作用。例如，在全煤巷道中，錨桿就錨固在煤層中也能達到支護的目的，說明這一理論有局限性。

1.2 錨桿的組合梁作用 為了解決懸吊理論的局限性，在層狀地層中提出了組合梁理論。組合梁理論適用于頂板由多層小厚度連續(xù)性巖層組成的巷道，其原理是在沒有穩(wěn)固巖層提供懸吊支點的薄層狀巖層中，可利用錨桿的拉力將層狀地層組合起來，形成組合梁結(jié)構(gòu)進行支護。并借助錨桿本身提供一定的抗剪能力，阻止其層間錯動，是防止分層在壓力作用下發(fā)生整體彎曲變形，呈現(xiàn)出組合狀態(tài)，從而提高頂板的抗彎剛度及強度。這一觀點有一定的影響，但是工程實例較少，也沒有進一步的依據(jù)資料供設(shè)計應用。例如，巖層沿巷道縱向有裂縫時梁的連續(xù)性問題和梁的抗彎強度問題。

1.3 錨桿的減跨作用 如果把不穩(wěn)定的頂板巖層看成是支撐在兩幫的疊合梁，由于可視懸吊在老頂上的錨桿為支點，安設(shè)了錨桿就相當于增加了支點，從而減小了頂板的跨度，使頂板巖層的彎曲應力和撓度得到降低，維持了頂板穩(wěn)定。這就是錨桿的減跨作用，這套理論實際上來源于錨桿的懸吊作用，但它同樣未能提供用于錨桿支護參數(shù)設(shè)計的方法。總之，使用錨桿支護，可發(fā)揮其加固拱作用和懸吊作用，使復合頂板內(nèi)的各煤巖體與錨桿緊固成一個所謂的“組合梁”，從而提高頂板巖層的抗彎強度，減少各巖層層面滑移、離層和冒落的機率，從而保證巷道的穩(wěn)定性。代替了木支護，又適應了國家天然林保護工程實施以來所導致的木材無法采購的外部環(huán)境，并響應了國家所提出的節(jié)能減排的號召。

2 煤巷錨桿支護現(xiàn)狀

2000年以前我國礦區(qū)煤巷大多數(shù)采用的都是木支護，采區(qū)切眼采用了水泥錨固劑、竹錨桿、掛鐵絲網(wǎng)，但支護效果不很好而木支護巷道每半年都要重新支護一次，使的投入增大，為此天池一礦決定改進支護方式。

2.1 由于天池一礦全礦區(qū)地質(zhì)條件簡單、煤層賦存條件好，但煤層局部產(chǎn)狀變化較大，煤層較為破碎。巷道采用煤層巷道，圍巖完整性較好，層理不發(fā)育，煤體抗壓、忍性強度較高，煤巷支護采用錨網(wǎng)支護，錨桿端錨為主，桿體用φ16mm、長1600mm圓鋼加工而成；巷道頂幫配以40×40mm網(wǎng)格的鐵絲網(wǎng)。在交岔點或煤層較為破碎處在錨網(wǎng)支護的基礎(chǔ)上增加鋼帶支護，每排鋼帶間距與錨桿間距相同（錨桿間排距根據(jù)煤層情況調(diào)整，一般間排距700×700mm），通過錨桿固定鋼帶，亦即錨桿+網(wǎng)+鋼筋梁支護。

2.2 錨桿支護的結(jié)構(gòu)形式主要有單一錨桿+水泥托板、錨桿+網(wǎng)+水泥托板、錨桿+網(wǎng)+w型鋼板鋼帶、錨桿+網(wǎng)+鋼筋梁等形式。形式的選擇主要取決于巷道圍巖的性質(zhì)，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類較好的圍巖巷道中一般選擇錨桿+網(wǎng)+水泥托板，隨著圍巖條件的變化程度及斷面增大，Ⅳ、Ⅴ類圍巖巷道采用錨桿+網(wǎng)+w型鋼板鋼帶、錨桿+網(wǎng)+鋼筋梁的支護形式。

3 錨桿支護的優(yōu)越性

3.1 支護效果好 錨桿支護在支護原理上符合現(xiàn)代巖石力學和圍巖控制理論，屬于“主動”支護，錨桿安裝以后在圍巖內(nèi)部對圍巖進行加固，迅速形成一個圍巖——支護的整體承載結(jié)構(gòu)，因而能夠調(diào)動和利用圍巖自身的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力，所以錨桿支護有利于保護巷道圍巖的穩(wěn)定，改善巷道維護狀況。

3.2 勞動強度低、效率高 與傳統(tǒng)架棚式支護相比，由于錨桿支護所采用的支護材料較少、重量較輕、巷道掘進時，極大地減少了支護材料的運輸量，勞動強度也大為降低，有利于提高掘進工效。工作面回采時，也省去了支架的回撤工作，既降低了工人勞動強度，又提高了安全系數(shù)。錨桿施工操作簡單，緊跟掘進面，有利于實現(xiàn)快速掘進支護機械化。

3.3 經(jīng)濟效益明顯 采用錨桿支護和減少支護材料投入，降低直接支護成本。由于錨桿支護不占用巷道工作斷面，因而在支護設(shè)計上，可相應減少巷道斷面，節(jié)省大量材料。還能減少巷道維修量，節(jié)約維護費用?？傊^桿無論在支護材料費用方面還是運輸和維護費用方面都有著其他支護材料無可比擬的優(yōu)勢，錨桿支護技術(shù)在這些方面能夠降低成本，顯著提高經(jīng)濟效益。

4 錨桿支護中應注意的問題

錨桿支護雖然具有即時承載、預緊力大、支護效果好、勞動強度低、支護成本低等等優(yōu)點，大力推廣錨桿支護技術(shù)是實現(xiàn)回采工作面高產(chǎn)高效的有效途徑。但采用該技術(shù)需要注意以下幾個問題：

4.1 錨桿必須成分利用錨桿的預緊力，錨桿的底部必須緊貼巖壁，否則錨桿無法起到加固梁和組合梁的作用。

4.2 掘進煤巷時應保持巷道頂板和兩幫的平整，最好以不破壞頂板完整和減少爆破震動巷幫煤體為原則，避免巷道周邊形成應力集中，確保巷道的穩(wěn)定性。

4.3 頂板錨桿不亦全部垂直頂板方向布置，應以放射狀為準，破碎的巖層間隙要以水泥注漿充滿，確保錨桿要有足夠的錨固力。

4.4 錨桿必須要有托護結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生一定的托錨力，沒有托錨力的注漿鋼絲繩錨桿由于不能形成主動支護，因而不能用于煤巷支護。

4.5 隨著錨桿支護技術(shù)的普遍應用，錨桿的回收再利用工作我認為也應當受到足夠的重視，一套錨桿雖然價值不高，但積少成多，所帶來的經(jīng)濟效益將十分巨大。首先從材料上講，目前各大礦區(qū)大多數(shù)所使用的錨桿有稍釘式和壓塑式兩種，雖然稍釘式錨桿強度高，一旦安裝成功就以將錨桿螺紋損壞，卻無法回收再利用。壓塑式錨桿在安裝時可不破壞錨桿螺紋結(jié)構(gòu)，有利于回收復用要加大投入研究錨桿的回收技術(shù)。錨桿的質(zhì)量直接關(guān)系到巷道支護效果和煤礦安全，應當研制高質(zhì)量的錨桿及性能優(yōu)越的附件，提高錨桿支護水平。

4.6 選擇合適的錨桿參數(shù)，確定有效的錨桿支護形式。

5 結(jié)論

錨桿支護由于能主動地加固圍巖，最大限度地保持圍巖的完整性、穩(wěn)定性，控制圍巖變形、位移和裂隙的發(fā)展，充分發(fā)揮圍巖自身的支承作用，變被動支護為主動支護，有效的改善礦井的支護狀況，具有施工方便、效率高，有利于加快施工進度，且施工成本低、支護效果好，已經(jīng)成為當今巷道支護改革的主要趨勢。

參考文獻：

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