深部巷道錨桿支護技術研究

     對深井高地壓巷道圍巖破壞機理、巷道圍巖變形規律進行了系統深入的研究。深部開采是特殊環境下的開采，巷道圍巖受到地應力不斷加大，巷道發生失穩的可能性增大，給人員和設備造成很大的安全隱患。開展深部巷道失穩研究及支護參數優化等相關問題的研究，己經成為我國礦山安全生產所面臨的重大研究課題。
　　1 應力場中巷道穩定性分析
　　深部巷道開挖巖體，巖體處在高溫、高應力、高水壓的復雜環境下，深井圍巖的地質力學環境有很大變化，所以深部巷道圍巖有其特有的力學特征。首先是圍巖的區域破裂化現象；淺部圍巖應力狀態通常可分為塑性區和松動區以及彈性區，但這并不適合于深部巷道。研究發現深部巷道圍巖周圍產生膨脹帶和壓縮帶，也稱之為破裂區和未破壞區，交替出現的情形，而且寬度的變化也是按等比數列遞增，這種現象被稱為區域破裂現象。第二、圍巖的大變形特性和強流變特性在進入深部后巖體變形具有兩種完全不同的趨勢，第一種是巖體持續的強流變特性，不僅僅是變形量大，同時伴隨明顯的時間效應。；第二種是巖體沒有發生明顯變形，但是破碎嚴重，處于破裂狀態，如果按傳統的巖體失穩的概念，這種巖體已不再具有承載特性。但實際上，依然具備承載及再次穩定的特性。第三種是深部巖體在高圍壓作用下發生巖性轉化，由脆性轉化為延性。
　　2 深部硬巖巷道支護的技術
　　支護措施對動靜載的力學響應特性決定了該支護系統所能完成的功能，深井硬巖巷道支護方法的選擇是基于剛性、承載能力和變形或能量消散能力，以及估算的巖體破壞特性和嚴重程度，它要求所采用支護方法，在受到高應力作用之后，能夠保證圍巖的穩定，或者加固功能轉化為懸吊功能，從而繼續保證圍巖的穩定性。所以，高應力巖層的支護控制方案，第一支護結構必須具有良好的延展性，也就是說支護系統沒有讓壓和屈服性質，就不可避免發生破壞。所以必須保持支護系統穩定，要求支護系統在失穩后，發生瞬間先屈服變形，同時保持一定的抵抗力，在允許最大變形前耗盡釋放的動能。第二，深井巷道的失穩也是巖體破壞具體表現，靜態失穩條件下常規支護系統應具備的功能。第三，支護設備還應具有以下特點：
　　（l）支護設備具有較高的承載能力，即支護體系的屈服強度較大，遠超過靜態平衡所需要的強度。
　　（2）支護設計對巷道的表面覆蓋率增高，深井巷道失穩區域不容易確定。
　　（3）支護系統破壞前允許的巖體位移比較大，因而吸收巖石釋放的動能大"在深部巷道失穩破壞條件下，設計合適的支護結構或系統時，要求在巷道出現破壞之前，必須通過支護加固來提高掩體強度，需要保證巖體的完整性，使巖體和支護共同形成一個連續體，進一步提高這種加固系統迅速吸收微震能。
　　3 錨桿支護參數的確定
　　深井巷道處于高應力的復雜環境中，受采掘擾動影響，迫使圍巖應力增加，簡單的支護無法不能滿足要求，但可采取適當增加安全系數的方法，針對設計參數進行改進升級。所以要首先確定巷道斷面形狀，因為巷道斷面形狀與尺寸影響巷道礦壓顯現。由于直墻拱形巷道應力重分布的理論還沒有達到令人滿意的結果，因此可采用非圓形巷道的圓形標準，分析巷道斷面形狀和尺寸問題，第一從安全角度分析， 如圖1所示，采取三心拱的大圓半徑作為計算半徑， 取斷面半徑a=5m，測定粘結力C=l.8MPa，內摩擦角45度，應力P=12MPa，剪切剛度系數泊松比v=0.3和K=5Gpa以及E=12.24GPa，錨桿確定全長粘結式錨桿，錨桿屈服強度取30OMPa，圍巖和錨固劑粘結強度取8MPa，錨固劑粘結強度取18MPa，應用支護理論中的懸吊理論和現代支護理論中的松動圈理論，同時結合相關工程就能確定錨桿支護參數。
　　4 錨桿支護方案的確定
　　巷道巖體接觸部位的鑿巖巷道，采用錨桿支護，錨桿可采用砂漿錨桿結合瑪麗散注漿支護，布置方式確定為全斷面布置系統錨桿：錨桿長2.0-2.2m，間距0.9-1.3m，縱向距0.9-1.3m.為了進一步優化錨桿支護網度，在錨桿布置中采用2米進行模擬。如圖2。
　　5 總體支護設計
　　（1）使用錨桿+錨索+金屬網+鋼帶的聯合支護方式，成功地控制了深井回采巷道的變形和破壞。
　　（2）實踐表明錨索與錨桿的配合，能夠有效控制圍巖快速流變，是巷道支護的關鍵。
　　（3）深部回采巷道的支護，需要進行合理的設計，應根據不同條件，選擇合理的巷道斷面形式及支護方式。
　　結語
　　本文通過對深部巷道圍巖穩定性進行分析，初始設計的支護參數不能有效的控制巷道變形和保證巷道的穩定性，所以提出優化支護參數。巷道支護參數確定后，通過現場試驗，巷道穩定性明顯改觀，優化后的錨桿長度，對控制變形起到了很好的作用，發揮了錨桿支護優勢，巷道支護參數合理有效。