回采巷道中的錨桿支護

　1.錨桿支護作用機理
　　錨桿的作用機理在宏觀上已有較明確的定論，即懸吊作用、加固作用與組合作用。懸吊作用易被人們形象的接受，實質(zhì)上按懸吊作用設(shè)計錨桿支護參數(shù)是一種安全性較高但不夠經(jīng)濟的設(shè)計方法。組合作用難被人們形象的接受，但按該原理設(shè)計錨桿支護參數(shù)是一種能夠滿足安全要求且較經(jīng)濟的設(shè)計方法。在實際工程中，有時二人作用同時存在，有時只是某一因素起決定性作用，或某一因素起主要作用，其它因素起次要作用。
　　目前，錨桿作用本質(zhì)的論述尚不夠明確。研究表明，錨桿的作用本質(zhì)在于通過錨桿的預(yù)緊力改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖的剛度，增強巖層層面間的力學(xué)聯(lián)系，提高圍巖的自身承載能力。錨桿與圍巖共同作用構(gòu)成承載結(jié)構(gòu)，促使圍巖由支護對象和載荷源向承載結(jié)構(gòu)內(nèi)的承載主體的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)巖層由“松散系統(tǒng)”向“整體系統(tǒng)”、由“迭合狀態(tài)”向“組合狀態(tài)”的轉(zhuǎn)化。
　　2.層狀復(fù)合巖層回采巷道錨桿支護設(shè)計
　　2.1設(shè)計原則
　　2.1.1整體開掘
　　回采巷道的開掘以不輕易破壞頂板的完整性為原則，由于層狀復(fù)合巖層節(jié)理裂隙發(fā)育、強度小、且層間力學(xué)聯(lián)系弱，該原則就顯得尤為突出。為此，在巷道斷面設(shè)計時就應(yīng)盡量避免破壞頂板巖層的完整性，創(chuàng)造良好的圍巖狀態(tài)。
　　2.1.2共同作用
　　巖層不論狀態(tài)如何、破斷與否，均具有一定的強度和自身承載能力。如何使錨桿與圍巖共同作用組成一個有機的承載結(jié)構(gòu)，共同維護圍巖的穩(wěn)定，是錨桿支護的又一基本原則。
　　2.1.3綜合支護
　　綜合支護包括兩方面的含義。一是對頂板的支與護的有機結(jié)合：二是頂與幫的綜合維護，頂板支護是主體，兩幫支護是保證。有時兩者主次互為轉(zhuǎn)換。
　　2.1.4及時控制
　　巷道開掘后，圍巖的變形是必然的。過度的變形將導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)性破壞，使巖層完全喪失自身承載能力。為此，支護必須有時間性，即及時支護原則。同時，也要求支護具有足夠的預(yù)緊力，即主動支護原則，從而提高圍巖的剛度。另外，必須保證支護的有效性及可靠性。
　　2.2基本條件
　　七臺河新建礦現(xiàn)開采水平埋藏深度為400-500m，可采煤層兩層，傾角3-13°，兩個煤層直接頂均為泥質(zhì)膠結(jié)，層節(jié)理發(fā)育。夾煤線的復(fù)合頂，為三類頂板，屬中等穩(wěn)定頂板，厚度在1.2—6.5m之間，其頂板破碎，屬處高應(yīng)力區(qū)、易風(fēng)化圍巖，遇水膨脹。老頂為16m厚的粗砂巖。該礦區(qū)域水平應(yīng)力較大，經(jīng)實踐圍巖變形量級別大，且底鼓嚴(yán)重。設(shè)計巷道為N2703運輸順槽，巷道斷面為梯形，斷面尺寸為4700×3000mm。
　　2.3錨桿支護沒計
　　根據(jù)分析及計算并結(jié)合現(xiàn)場工程調(diào)研確定支護方案為錨桿與錨索聯(lián)合支護：
　　(1)錨桿剛度及材質(zhì)：采用屈服強度≥400MPa，延伸率≥20‰的螺紋綱。
　　(2)錨桿直徑：φ=18mm。
　　(3)錨桿長度：L=1600mm：輔助長錨桿長度：L=2800mm。
　　(4)錨桿密度：間距為850mm，排距為900mm。
　　(5)錨桿布置方式：要用五花型布置。
　　(6)錨桿錨同力：頂板T0≥100kN；兩幫T0≥50kN。
　　(7)錨桿預(yù)緊力：頂板T0≥30kN：兩幫T0≥15kN。
　　(8)兩幫支護：采用L二1600mm的同徑錨桿。
　　(9)可縮結(jié)構(gòu)：由于錨桿伸率不滿足要求，故錨桿加墊規(guī)格為200mm×l50mm×50mm的硬雜木托盤。
　　3.評價
　　3.1支護效果評價
　　圍巖變形劇烈期大約為5～7d(一般該時期圍巖變形量可達總變形量的70％以上)，之后就趨于穩(wěn)定變形階段。經(jīng)觀測一個月內(nèi)，圍巖變形量最大值為500mm，一般均不超過260mm。就該項指標(biāo)評價，巷道支護狀態(tài)屬較穩(wěn)定狀態(tài)。
　　圍巖變形規(guī)律與頂板變形規(guī)律相同，但不同點為劇烈活動期后，圍巖變形仍未趨于穩(wěn)定變形階段，變形梯度仍較大，最大變形時已達1100mm以上，尚在繼續(xù)變化。
　　與頂板變形規(guī)律相同，錨桿載荷劇烈增載期為5-7d，而后基本趨于不增載的穩(wěn)定階段。由該項指標(biāo)可知，巷道頂板巖層在一周內(nèi)已達到穩(wěn)定狀態(tài)，取得了重新應(yīng)力平衡。這說明錨桿支護達到了滿意的效果。
　　與原方案相比，頂板圍巖變形量有明顯減少(原方案頂板變形量大于1000mm)，說明對圍巖變形的控制得到了加強。
　　頂板圍巖完整性得到明顯加強，說明錨桿支護的作用得到了較好的發(fā)揮。錨桿受力狀態(tài)得到了較大改善，錨桿超載率明顯降低，錨桿支護效率提高。
　　3.2經(jīng)濟評價
　　原方案采用直徑為22mm，長度為2400mm的錨桿，排距為900mm，間距為850mm，兩幫錨桿直徑為20mm，長度為1600mm，排距為900mm，間距為900mm，特種支護采和5300mm的錨索，密度為2根／m，采用鋼帶與金屬網(wǎng)聯(lián)合護頂。巷道支護材料成本為1001.4元／m。
　　新方案巷道支護材料成本為629.2元／m，節(jié)約支護材料成本372.2元／m。經(jīng)濟效益明顯提高，與原方案相比，節(jié)約材料費用37％以上，尚未計算原方案的二次維修費用。否則節(jié)約比例還將有較大比例的提高。