煤礦建井施工錨桿支護

一、錨桿支護作用原理
　　
　　錨桿是一種安設在巷道圍巖體內的桿狀錨栓體系。采用錨桿支護的巷道,就是在巷道掘進后向圍巖中鉆錨桿眼,然后將錨桿安設在錨桿孔內,對巷道圍巖進行加固,以維護巷道的穩定性。
　　(一)懸吊作用
　　懸吊作用是指將要冒落的圍巖或者軟弱巖層,用錨桿懸吊于上部的堅硬巖體上,由錨桿來承載圍巖或者弱巖的重量。
　　(二)組合梁作用
　　可將平頂巷道層狀頂板看作是由巷道兩幫為支點的疊合梁,在荷載作用下,各層板梁都單獨彎曲,每層板梁的上下緣分別處于受壓和受拉狀態。但是用錨桿將各組合板梁壓緊之后,在荷載作用下,就如同一塊板梁的彎曲一樣,提高了板梁的抗彎強度,可以提高頂板巖層的承載能力。
　　(三)擠壓加固拱作用
　　在巷道周圍系統地布置錨桿,使巷道拱部節理發育的巖體連接在一起,便在一定的范圍內形成一個連續的、具有一定自承能力的拱形壓縮帶,使巷道圍巖由原來作用在支架上的荷載變成了承載結構,以支承其自身的重量和頂板壓力。
　　(四)減跨作用
　　在巷道內安設錨桿,能夠減少壓力拱的高度和跨度。如在巷道跨中打一根錨桿,相當于在該處打一根支柱,使原來的拱分為兩個小拱,小拱的跨度為原拱的一半。如果打三根錨桿,就相當于將原來的拱分成四個小拱,壓力拱的跨度為原拱的四分之一,同時壓力拱的高度也明顯降低。
　　(五)圍巖補強加固作用
　　巷道深處圍巖內的巖石處于三向受力狀態,而靠近巷道周邊的巖石則處于二向受力狀態,后者的強度遠遠小于前者,因此容易受破壞而喪失穩定性。在巷道內安設錨桿后,有些圍巖又部分地恢復為三向受力狀態,增強了自身的強度。此外,錨桿還可以增強巖層弱面的抗剪強度,使巷道周邊的圍巖不易破壞和失穩。
　　
　　二、錨桿支護參數的確定
　　
　　支護參數設計是巷道支護設計實現定量決策的關鍵所在。當支護型式確定以后,參數設計正確與否,直接影響到支護效果和經濟效益。當支護參數所提供的支護強度不夠,即使支護型式是合理的,也可能控制不住巷道圍巖的嚴重變形和破壞,最終導致巷道不得不翻修,影響正常生產和經濟效益;當支護參數設計得過于保守,雖然能保證巷道在服務期間的穩定狀況,但支護成本必然偏高。因此,科學地尋找支護參數設計在安全和經濟這兩方面之間的最佳點,對安全生產和經濟效益的意義是顯而易見的。
　　按照不同的地質條件與巷道條件,錨桿支護可根據其作用機制選擇相應的參數設計方法。目前,用于煤礦巷道支護設計的主要的錨桿支護參數設計方法有下列幾種:
　　1.懸吊機制及其圍巖條件:在層狀巖體中,錨桿將下部不穩定巖層懸吊在上部穩固的巖層上,錨桿承受的載荷為下部不穩定巖層的重量。最典型的情況是頂板上部1～1.8m處有一厚層(2m以下)堅固巖層,下部為較完整的層狀較弱巖層。若沒有上述堅固巖層,也可用免壓拱高或破碎帶高度以外的非破碎穩定帶概念代替。
　　2.組合梁機制及其圍巖條件:在沒有堅硬厚層的薄狀巖層中,通過錨桿的預拉應力,將視為疊合梁的各薄層擠緊,提高其自撐能力。桿體承受巖層錯動趨勢所產生的剪應力。組合梁與疊合梁相比,應力減小(n-1)倍,撓度減小(n2-1)倍。
　　3.三鉸拱(楔固、緊固)機制及其圍巖條件:在被裂隙切割的塊狀圍巖中,錨桿將危石懸吊,彼此擠緊,形成類似三鉸拱的穩定結構,不但使巖塊不掉落,而且加固成能承受載荷的整體結構。
　　4.組合拱(均勻壓縮拱)機制及其圍巖條件:采用點錨固形式的錨桿的預拉應力可以形成以錨桿兩端為頂點的算盤珠式的壓縮區。若把錨桿以適當的間距沿拱形斷面系統安裝,則可在巷道周圍形成連續的均勻壓縮帶作為承載結構并將應力向兩幫深部圍巖傳遞,其承載能力決定于錨桿長度與間距、預拉應力。
　　
　　三、錨桿支護設計方法
　　
　　(一)現有錨桿支護設計方法的評價
　　目前煤巷錨桿支護設計主要以工程類比法和理論分析法為主,不能滿足現場生產實際需要,主要表現在如下兩個方面:
　　1.用于設計的基礎參數是巷道周圍某幾個點(甚至僅一個點)的綜合地質技術資料的平均值,設計出的錨桿參數為整條巷道服務。一方面導致巷道絕大部分區域設計的錨桿參數過高,不但浪費了大量材料,增加了支護成本,也降低了巷道的掘進速度;另一方面又使巷道的某些局部地質技術條件變化區域設計的錨桿支護參數不足,引發局部冒頂事故。
　　2.依據的基礎性參數缺乏定量化評價指標,導致錨桿支護參數設計缺乏科學、合理和確定性。盡管近年來出現的錨桿支護動態設計法已在我國部分礦區得到實踐,但實際應用效果并不理想。因此,需要使用更可靠的煤巷錨桿支護設計方法,保證設計的可靠性。
　　(二)全線信息跟蹤設計方法
　　該設計方案摒棄了其他設計方法的缺點,是一種全新的設計理念與現代信息技術完美結合的產物。設計步驟如下:
　　1.全面分析基礎地質技術數據,不是取各項參數的平均值,而是將其分成最佳條件和最差條件。
　　2.用工程類比法確定錨桿的初始參數。
　　3.不斷進行現場實測,獲得應力、同巖、支護三者相互作用結果的綜合信息。
　　4.根據實測信息,進行支護效果評價。
　　5.依據支護效果評價,用計算機重新設計巷道待掘進部分的錨桿支護參數,并及時調整已支護部分的設 參數。
　　與已有的設計方法相比,該設計方法優點有:設計的針對性強,設計的可靠性高,可以預測巷道頂板圍巖的穩定性,有利于科學化管理,工程質量易于保證,簡化了設計基礎的采集工作。
　　
　　四、錨桿支護的施工與檢驗
　　
　　(一)錨桿的安裝
　　錨桿的安裝施工包括鉆錨桿眼和安裝錨桿兩道主要工序。在錨桿安裝施工之前,應該根據錨桿布置方式設計要求,用巷道中腰線標定出錨桿的眼位。打眼時,眼位、眼深、角度都必須符合要求。錨桿眼鉆好后,就可以進行錨桿的安裝工作。
　　(二)錨桿的檢驗
　　為了保證錨桿的安裝質量,應當注意以下問題:
　　1.錨桿孔的深度要與錨桿的長度配合適當,錨桿孔過深或者過淺都會使安裝墊板和螺帽產生困難。金屬楔縫式錨桿孔的深度應比錨桿短50～70mm,倒楔式錨桿孔的深度應比錨桿短100～120mm。
　　2.錨桿孔的直徑與錨桿的直徑應該配合適當。
　　3.安裝托板時應該盡量將巖面找平,使托板和巖面全部接觸,以求托板受力均勻,增強其承載能力。
　　4.螺帽要用扳手盡量擰緊,使桿體中產生較大的預應力。
　　5.錨桿質量檢查。錨桿質量檢查,主要注意檢查錨桿孔直徑、眼深、間距、排距以及螺帽的擰緊程度和錨固力。
　　
　　結語
　　
　　煤井支護有架棚、料石砌碹、錨桿等一系列支護形式,架棚和料石砌碹等支護是被動支護,由于成本高、進度慢、消耗體力大、支護效果差等原因逐漸被淘汰 而錨桿支護在煤礦巷道支護中占主導地位,是唯一能實現安全、快速、經濟的一種支護形式。在穩定圍巖中,可節省工程成本10%~20%左右,在不穩定圍巖(即軟巖)中可降低成本30%以上,施工速度得到很大的提高,從而取得了巨大的經濟效益。