錨桿支護技術研究探討

概述
　　目前，沿用錨桿的設計方法，采用懸吊、組合梁、加固拱等理論進行計算，均是針對一般巷道提出的，還沒有能針對煤巷的特定條件建立符合其特點的支護原理及設計方法，尤其是全煤及軟巖條件下巷道圍巖支護設計的要求。因此，目前的技術標準主要是經驗性的，設計和施工中還有許多盲目性。所以有必要在進一步深入研究巷道圍巖礦壓顯現規(guī)律的基礎上，探索錨桿支護理論。
　　以煤巷和半煤巷為主的采準巷道，其斷面一般為矩形、梯形或近似梯形的四邊形，它與傳統(tǒng)的棚式支護相比具有以下三點優(yōu)勢：
　　（1）錨桿支護能及時加固圍巖，從而減少了圍巖變形，防止頂板早期離層，改善巷道支護狀況，保證安全生產。
　　（2）簡化了工作面上、下順槽的超前支護，加快了回采過渡，有利于提高工作面單產。
　　（3）大幅度節(jié)約了支護材料，降低了支護成本。自錨桿支護在月亮田礦運用以來，在采準巷道中進行了大量的支護。對于錨桿支護的效果及經濟效益均獲得一致認同。
　　但就其運用過程中，也存在某些不足之處，施工現場常見問題一是預緊力偏低，甚至為零，發(fā)揮不了錨桿主動支護作用；二是預緊力大小相差懸殊，造成錨桿受力不均。如果使用機械快速安裝工藝，可避免上述問題的發(fā)生。
　　2 施工工藝流程
　　目前錨桿支護巷道施工工序一般為兩類：一類是炮掘：打眼____放炮____超前支護____出矸____掛網____打桿（錨索）；另一類是綜掘：截割____超前支護____出矸____掛網____打錨桿（索）。這兩類施工工序中，打錨桿（錨索）工序占用時間較多，炮掘中打錨桿約占整個循環(huán)時間的1/3，綜掘中打錨桿約占1/2，造成整個循環(huán)時間較長，掘進速度上不去，若把施工工序改為掘進與支護平行作業(yè)，則可縮短循環(huán)時間，從而提高掘進速度；故循環(huán)工序應改為：
　　炮掘：打眼____放炮____超前支護____出矸____掛網____臨時支護____打錨桿（錨索）
　　綜掘：截割____超前支護____出矸____掛網____臨時支護____打錨桿（錨索）
　　上述工序中，掘進與打錨桿支護平行作業(yè)，但掘進中增加了一臨時支護。臨時支護必須快速且安全，否則改變工序就失去意義。臨時支護的方法很多，如架設梯形棚、打木點柱等，但最好是使用單體液壓支柱配合長鋼梁或鉸接頂梁作臨時支護，因不論是架設梯形棚還是打木點柱所需時間都較長，且不能主動地支撐頂板，而單體液壓支柱不但能給頂板一個初撐力，主動支撐項板，而且支護時間很短；在掘進頭使用單體液壓支柱，若條件許可應考慮配一臺小型乳化泵，若條件有限，應配一臺手搖式單體柱升柱器。
　　3 錨桿支護原理
　　錨桿是一種錨固在巖體內部的桿狀支架，它的作用原理有懸吊作用、組合作用、擠壓加固作用。
　　錨桿支護的實質就是人為加強破碎巖體的完整性，使其能夠在產生位移的同時產生反應力，直至形成應力平衡。針對國內外錨桿支護設備狀況，按照不同結構、不同動力、不同破巖方式。對錨桿鉆機進行分類。按結構型式分，有單體式、鉆車式和機載式三大類；單體式又可分導軌式和支腿式兩種。按動力形式分，有電動、液壓和氣動三大類。錨桿支護是向巷道圍巖鉆孔，通過在孔內安裝和錨固由金屬、木材等制成的桿件，達到支護目的。
　　目前國內外使用的錨桿種類很多，按其對巖體的錨固方式，可分為端部固定式、全長固定式及混合式三類。而楔縫式、漲殼式、頭部膠結式等均屬于端部固定式。其特點是：通過眼底的錨頭和另一端的緊固部分，使桿體受拉，從而對圍巖施加壓力。全長固定式錨桿，錨桿對巖體進行直接加固，可以鎖緊碎裂巖體，提高摩擦力，實現巖體結構條件的轉化，使碎裂結構轉化為鋃嵌結構一塊狀結構一整體結構。使巖體強度得以提高。每根錨桿在其全長范圍對周圍巖體提供作用力，形成一個加固區(qū)，所有錨桿加固區(qū)相互聯(lián)結，在巷道圍巖內形成一個連續(xù)的加固圈，這個加固圈具有拱的效應，既能使本身強度提高具有自支承效應，又能承受外部巖體地壓，阻止其變形。在圍巖已遭破壞的巷道中，支護的主要作用是對圍巖施加徑向約束力，使破裂巖塊表面之間產生和增加摩擦力，在破裂區(qū)產生并保持三向應力狀態(tài)。
　　4 復合頂錨帶網加錨索聯(lián)合支護
　　復合頂板支護的難度在于軟夾層（煤線、泥質）地質面的存在，導致上、下層面間的結合力低，普通錨桿的錨固范圍有限、承載能力也受限制，而且軟弱夾層本身的松動膨脹也會對下位巖層形成較大的垂直載荷（擠壓下位巖層），容易導致頂板垮落。預緊力能夠發(fā)揮錨桿主動支護作用，特別是在層狀巖層、破碎圍巖條件下，增大預緊力能夠改變圍巖性質，防止圍巖破壞，保持圍巖穩(wěn)定，有利于對圍巖支護。在這類頂板的煤層內掘進巷道，必須采取補強措施，保證安全生產。應用“錨帶網+錨索”聯(lián)合支護方式可以解決這一問題。“錨帶網”可以起到擠壓加固作用，促使錨固范圍之內的巖石形成能承受一定載荷的整體結構，維護錨桿長度范圍內的頂板，保持整體性，一定程度上阻止上部圍巖的松動與變形。錨索長度一般進入穩(wěn)定巖層1m，間距2m左右。經過長期的試驗聯(lián)合支護的突出優(yōu)點表現在降低了勞動強度，提高了效率；巷道維護效果好，后續(xù)工程量減少；節(jié)省大量材料，節(jié)支降耗效果顯著，安全可靠性大。
　　結語
　　錨桿支護在理論上正逐步完善，支護效果也達到預期要求，但在現場施工中仍存在較多問題，造成掘進速度上不去。檢查錨桿施工質量時，一般檢查錨桿拉拔力。監(jiān)測分析錨桿工作情況時，測錨固力。測量錨固力是為了驗證支護的可靠性，為以后修改支護設計提供依據。設計和施工時，必須保證錨桿拉拔力大于桿體破斷力這一基本原則，即錨桿桿體受力超過其破斷力后，錨桿可能被拉斷，但錨桿不能被拉出。常見錯誤是設計的錨桿拉拔力小于桿體破斷力。今后，還需在實踐中不斷地摸索，使錨桿支護在施工方面逐漸成熟，只有這樣才能充分發(fā)揮錨桿支護應有的優(yōu)越性。