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　　前言

 

　　煤巷直接服務于采煤工作面，其巷道位置一般不易選擇，圍巖呈層狀，強度較低，并且受工作面采動影響，圍巖變形量大。為了保證巷道在整個服務期間內(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技術。它能充分發(fā)揮原巖自身的承載能力，提高支護強度，降低支護成本，實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效，成為本礦支護改革的有效途徑。

 

　　1錨桿支護機理

 

　　巷道的破壞，是從巷道邊界點即臨空自由面開始層層破壞剝落的。巷道掘進，破壞了原巖應力狀態(tài)，使巷道臨空自由面失去了法向應力，必然引起法向位移。巖石的變形位移，又會產(chǎn)生新的反向應力，直至形成應力平衡，不再引起新的位移。形成這種應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應力，使錨桿周圍的圍巖形成承壓能力，進而形成起支護作用的巖石應力拱或梁。被支護巷道斷面形式的不同，錨桿支護的作用機理也不同。典型的錨桿作用機理理論有懸吊理論、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圍巖應力狀態(tài)的改善這一基本機理。錨桿的作用就是在失穩(wěn)的圍巖自由面上，再施加一個約束力，提高巖石特別是破碎巖體的抗剪、抗壓強度，使圍巖形成能夠承載的支護結(jié)構(gòu)。

 

　　錨桿對巖體的加固作用比較復雜，概括起來主要表現(xiàn)在以下幾方面：

 

　?。?）錨桿施與圍巖的預應力，提高了巖體的抗變形能力，加強了巖體的整體穩(wěn)定性；

 

　　（2）當錨桿穿越破碎巖石深入到穩(wěn)定巖層時，由于錨桿的抗拉作用，對不穩(wěn)定巖層起著懸吊作用；

 

　?。?）對于大跨度巷道斷面，錨桿抗剪、抗拉作用對巖層離層可產(chǎn)生一定的阻力，增強了巖層間或破碎巖石間的摩擦力，阻止了巖層的相對滑動，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，其屈服強度為240MPa。這種材料的力學性能直接影響著錨桿的強度和可延伸性等力學性能，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，錨尾的受力十分復雜，不但承受軸向拉應力，還要受到彎曲應力的作用，工作條件惡劣，受力大，因此，要求錨尾的螺紋強度有效截面直徑不小于桿體的實際公稱直徑。采用高強度或者超高強度金屬材料作為桿體材料，可以大大提高錨桿的力學性能。

 

　　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)時間長、施工難度大、人為因素影響波動大等缺陷。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度大大提高，尾部螺紋強度基本上與桿體本身等強。樹脂錨固劑可以縮短固化時間，安裝后15min，樹脂固化程度就可以達到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、微膨脹、承載快、便于操作等特性，可以減少人為因素的影響，達到最佳的錨固效果。近年來隨著礦井開采深度的增加和地質(zhì)條件的不斷變化，使樹脂錨固劑的應用研究也進一步拓寬。

 

　　2.3支護時間

 

　　煤礦巷道在開挖后，圍巖的受力狀態(tài)發(fā)生了改變，由原來的三向變?yōu)槎蚴芰顟B(tài)，變形和位移開始加大。如果這時得不到及時支護，就有可能對巷道的安全造成隱患，準確把握支護時間，對于巷道支護效果至關重要，在工程實踐中，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，支護應緊跟工作面，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)定性與確定支護參數(shù)的主要因素。因此，施工時要嚴格按照設計要求控制巷道寬度，應盡量減少施工對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。用爆破法掘進巷道時，宜采取光面爆破法。在軟煤或裂隙發(fā)育煤體中，應堅持“護頂先護幫”的原則，提高兩幫煤體的支護強度對兩幫要預留200～300mm爆破，爆破后用全高刷齊。

 

　　3.2及時支護頂板

 

　　巷道開挖后，應及時對其進行支護。施工中嚴禁空頂作業(yè)，臨時支護必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定，緊跟工作面。臨時支護的單體支柱必須保證足夠的初撐力；之后，在臨時支護的掩護下對巷道進行錨桿支護。錨桿支護時要確保錨桿孔的角度、深度、間排距符合設計要求，嚴格掌握攪拌時間。

 

　　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，提高幫部支護效果。因此，鉆孔前應嚴格按照設計要求確定孔位，并做好標記。鉆孔時應確?？孜?、孔深與角度符合設計要求。

 

　　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，角度應控制在與水平面夾角成60～75°之間。由此，使錨固垂直應力落在強度較大的幫部圍巖中，以增加頂板巖梁的抗剪能力和加強圍巖梁提供的兩個支點的支護抗力。

 

　　3.5嚴格按照規(guī)定及時預緊螺母

 

　　錨桿支護的最大特點就是及時主動支護。對于端部錨固錨桿，實現(xiàn)及時主動地支護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，那么這個橋梁的作用是靠預緊螺母實現(xiàn)的，也就是說預緊螺母對錨桿施加預應力是形成擠壓加固帶的前提。然而，由于對錨桿預緊力作用認識不足，施工中，預緊螺母湊合馬虎，不是預緊力低就是預緊不及時，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，及時預緊螺母是防止工作面頂板事故的重要措施，也是現(xiàn)場施工檢查錨固端部內(nèi)在質(zhì)量的主要手段。

 

　　3.6嚴格監(jiān)測錨桿內(nèi)在支護質(zhì)量

 

　　現(xiàn)場監(jiān)測是巷道施工的核心，是判斷圍巖穩(wěn)定性，檢驗設計與施工正確性、合理性的重要手段。因此要嚴格實行錨桿施工質(zhì)量監(jiān)測，堅持做好錨桿受力與頂板離層量監(jiān)測，及時反饋信息，修正設計參數(shù)和施工程序，實施施工過程的動態(tài)管理。實行二次支護由于煤巷直接服務于采煤工作面，圍巖強度較低，且受采動影響變形量大，為保證安全，應根據(jù)頂板離層量及錨桿承載情況決定是否進行二次支護。當發(fā)現(xiàn)頂板離層量（或錨桿承載）超過（或接近）臨界值（錨桿抗拉強度）時，應針對不同情況及時采取相應的措施。二次支護可采取的措施有：加大支護密度，

 

 

　　錨桿支護由于其特有的優(yōu)勢，已經(jīng)成為當今巷道支護改革的主要趨勢。在使用錨桿進行巷道支護實踐中，要因地制宜，采取合理措施，提高支護質(zhì)量。