錨桿支護(hù)技術(shù)研究探討

概述
　　目前，沿用錨桿的設(shè)計(jì)方法，采用懸吊、組合梁、加固拱等理論進(jìn)行計(jì)算，均是針對(duì)一般巷道提出的，還沒有能針對(duì)煤巷的特定條件建立符合其特點(diǎn)的支護(hù)原理及設(shè)計(jì)方法，尤其是全煤及軟巖條件下巷道圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)的要求。因此，目前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要是經(jīng)驗(yàn)性的，設(shè)計(jì)和施工中還有許多盲目性。所以有必要在進(jìn)一步深入研究巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，探索錨桿支護(hù)理論。
　　以煤巷和半煤巷為主的采準(zhǔn)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(hù)相比具有以下三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
　?。?）錨桿支護(hù)能及時(shí)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(hù)狀況，保證安全生產(chǎn)。
　?。?）簡化了工作面上、下順槽的超前支護(hù)，加快了回采過渡，有利于提高工作面單產(chǎn)。
　?。?）大幅度節(jié)約了支護(hù)材料，降低了支護(hù)成本。自錨桿支護(hù)在月亮田礦運(yùn)用以來，在采準(zhǔn)巷道中進(jìn)行了大量的支護(hù)。對(duì)于錨桿支護(hù)的效果及經(jīng)濟(jì)效益均獲得一致認(rèn)同。
　　但就其運(yùn)用過程中，也存在某些不足之處，施工現(xiàn)場(chǎng)常見問題一是預(yù)緊力偏低，甚至為零，發(fā)揮不了錨桿主動(dòng)支護(hù)作用；二是預(yù)緊力大小相差懸殊，造成錨桿受力不均。如果使用機(jī)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(hù)巷道施工工序一般為兩類：一類是炮掘：打眼____放炮____超前支護(hù)____出矸____掛網(wǎng)____打桿（錨索）；另一類是綜掘：截割____超前支護(hù)____出矸____掛網(wǎng)____打錨桿（索）。這兩類施工工序中，打錨桿（錨索）工序占用時(shí)間較多，炮掘中打錨桿約占整個(gè)循環(huán)時(shí)間的1/3，綜掘中打錨桿約占1/2，造成整個(gè)循環(huán)時(shí)間較長，掘進(jìn)速度上不去，若把施工工序改為掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)，則可縮短循環(huán)時(shí)間，從而提高掘進(jìn)速度；故循環(huán)工序應(yīng)改為：
　　炮掘：打眼____放炮____超前支護(hù)____出矸____掛網(wǎng)____臨時(shí)支護(hù)____打錨桿（錨索）
　　綜掘：截割____超前支護(hù)____出矸____掛網(wǎng)____臨時(shí)支護(hù)____打錨桿（錨索）
　　上述工序中，掘進(jìn)與打錨桿支護(hù)平行作業(yè)，但掘進(jìn)中增加了一臨時(shí)支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)必須快速且安全，否則改變工序就失去意義。臨時(shí)支護(hù)的方法很多，如架設(shè)梯形棚、打木點(diǎn)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(shí)支護(hù)，因不論是架設(shè)梯形棚還是打木點(diǎn)柱所需時(shí)間都較長，且不能主動(dòng)地支撐頂板，而單體液壓支柱不但能給頂板一個(gè)初撐力，主動(dòng)支撐項(xiàng)板，而且支護(hù)時(shí)間很短；在掘進(jìn)頭使用單體液壓支柱，若條件許可應(yīng)考慮配一臺(tái)小型乳化泵，若條件有限，應(yīng)配一臺(tái)手搖式單體柱升柱器。
　　3 錨桿支護(hù)原理
　　錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)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(hù)的實(shí)質(zhì)就是人為加強(qiáng)破碎巖體的完整性，使其能夠在產(chǎn)生位移的同時(shí)產(chǎn)生反應(yīng)力，直至形成應(yīng)力平衡。針對(duì)國內(nèi)外錨桿支護(hù)設(shè)備狀況，按照不同結(jié)構(gòu)、不同動(dòng)力、不同破巖方式。對(duì)錨桿鉆機(jī)進(jìn)行分類。按結(jié)構(gòu)型式分，有單體式、鉆車式和機(jī)載式三大類；單體式又可分導(dǎo)軌式和支腿式兩種。按動(dòng)力形式分，有電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三大類。錨桿支護(hù)是向巷道圍巖鉆孔，通過在孔內(nèi)安裝和錨固由金屬、木材等制成的桿件，達(dá)到支護(hù)目的。
　　目前國內(nèi)外使用的錨桿種類很多，按其對(duì)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(jié)式等均屬于端部固定式。其特點(diǎn)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(duì)圍巖施加壓力。全長固定式錨桿，錨桿對(duì)巖體進(jìn)行直接加固，可以鎖緊碎裂巖體，提高摩擦力，實(shí)現(xiàn)巖體結(jié)構(gòu)條件的轉(zhuǎn)化，使碎裂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為鋃嵌結(jié)構(gòu)一塊狀結(jié)構(gòu)一整體結(jié)構(gòu)。使巖體強(qiáng)度得以提高。每根錨桿在其全長范圍對(duì)周圍巖體提供作用力，形成一個(gè)加固區(qū)，所有錨桿加固區(qū)相互聯(lián)結(jié)，在巷道圍巖內(nèi)形成一個(gè)連續(xù)的加固圈，這個(gè)加固圈具有拱的效應(yīng)，既能使本身強(qiáng)度提高具有自支承效應(yīng)，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(hù)的主要作用是對(duì)圍巖施加徑向約束力，使破裂巖塊表面之間產(chǎn)生和增加摩擦力，在破裂區(qū)產(chǎn)生并保持三向應(yīng)力狀態(tài)。
　　4 復(fù)合頂錨帶網(wǎng)加錨索聯(lián)合支護(hù)
　　復(fù)合頂板支護(hù)的難度在于軟夾層（煤線、泥質(zhì)）地質(zhì)面的存在，導(dǎo)致上、下層面間的結(jié)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(dòng)膨脹也會(huì)對(duì)下位巖層形成較大的垂直載荷（擠壓下位巖層），容易導(dǎo)致頂板垮落。預(yù)緊力能夠發(fā)揮錨桿主動(dòng)支護(hù)作用，特別是在層狀巖層、破碎圍巖條件下，增大預(yù)緊力能夠改變圍巖性質(zhì)，防止圍巖破壞，保持圍巖穩(wěn)定，有利于對(duì)圍巖支護(hù)。在這類頂板的煤層內(nèi)掘進(jìn)巷道，必須采取補(bǔ)強(qiáng)措施，保證安全生產(chǎn)。應(yīng)用“錨帶網(wǎng)+錨索”聯(lián)合支護(hù)方式可以解決這一問題?！板^帶網(wǎng)”可以起到擠壓加固作用，促使錨固范圍之內(nèi)的巖石形成能承受一定載荷的整體結(jié)構(gòu)，維護(hù)錨桿長度范圍內(nèi)的頂板，保持整體性，一定程度上阻止上部圍巖的松動(dòng)與變形。錨索長度一般進(jìn)入穩(wěn)定巖層1m，間距2m左右。經(jīng)過長期的試驗(yàn)聯(lián)合支護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了效率；巷道維護(hù)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(jié)語
　　錨桿支護(hù)在理論上正逐步完善，支護(hù)效果也達(dá)到預(yù)期要求，但在現(xiàn)場(chǎng)施工中仍存在較多問題，造成掘進(jìn)速度上不去。檢查錨桿施工質(zhì)量時(shí)，一般檢查錨桿拉拔力。監(jiān)測(cè)分析錨桿工作情況時(shí)，測(cè)錨固力。測(cè)量錨固力是為了驗(yàn)證支護(hù)的可靠性，為以后修改支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。設(shè)計(jì)和施工時(shí)，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(cuò)誤是設(shè)計(jì)的錨桿拉拔力小于桿體破斷力。今后，還需在實(shí)踐中不斷地摸索，使錨桿支護(hù)在施工方面逐漸成熟，只有這樣才能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)應(yīng)有的優(yōu)越性。