煤巷錨桿支護(hù)

    1 錨桿構(gòu)件作用

　　對(duì)于錨桿桿體本身來(lái)說(shuō),由于桿體長(zhǎng)度方向和尺寸大于其它兩個(gè)方向的尺寸,所以力學(xué)上屬于桿件。這種構(gòu)件主要提供兩方面的作用,第一是抗拉;其次是抗剪作用。

　　錨固劑的作用是將鉆孔孔壁巖石與桿體粘結(jié)在一起。對(duì)于端部錨固錨桿,錨固劑的作用在于提供粘結(jié)力,使錨桿能承受一定的拉力。對(duì)于全長(zhǎng)錨固錨桿,錨固劑的作用主要有兩方面:將錨桿桿體與鉆孔孔壁粘結(jié)在一起,是錨桿隨著巖層移動(dòng)承受拉力;當(dāng)巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí),與桿體共同起抗剪作用,阻止巖層發(fā)生滑動(dòng)。

　　2 錨桿支護(hù)理論

　　2.1 懸吊理論

　　懸吊是最早的錨桿支護(hù)理論,它具有直觀,易懂及使用方便的特點(diǎn)。特別是在頂板上部有穩(wěn)定巖層,而其下部存在松散、破碎巖層的條件下,這種理論應(yīng)用比較廣泛。但是這種理論僅考慮了錨桿的抗拉作用,沒(méi)有涉及其抗剪能力及對(duì)破碎巖層整體強(qiáng)度的提高,因此理論計(jì)算的錨桿載荷與實(shí)際出入較大。

　　2.2 組合梁理論

　　組合梁理論適用于層狀巖層,對(duì)于端部錨固錨桿,其提供的軸向力將對(duì)離層產(chǎn)生約束,并且增大了各巖層間摩擦力,與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。對(duì)于全長(zhǎng)錨固錨桿,錨桿和錨固劑共同作用,明顯改善了錨桿受力狀況,增加了控制頂板離層和水平錯(cuò)動(dòng)的能力,支護(hù)效果優(yōu)于端部錨固錨桿。

　　2.3 加固拱理論

　　加固拱理論充分考慮了錨桿支護(hù)的整體作用,在軟巖巷道中得到較為廣泛的應(yīng)用。大量的試驗(yàn)表明,即使在軟弱松散破碎的巖層中安裝錨桿,也可以形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)。只要錨桿間距足夠小,就能在巖體中產(chǎn)生一個(gè)均勻壓縮帶,它可以承受破壞區(qū)上部破碎巖石的載荷。

　　3 錨桿支護(hù)作用分析

　　3.1 錨桿的早期作用

　　巷道開(kāi)掘階段頂板破壞范圍較小,此時(shí)錨桿的作用主要是控制頂板下部巖層的滑動(dòng)、離層、失穩(wěn)。錨桿安裝越及時(shí),預(yù)緊力越大,則效果越好。

　　事實(shí)上,錨桿越粗錨桿預(yù)緊力越大,提供的抗剪力越大,巖層越不容易發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。即使載巖層之間的粘結(jié)力喪失,在水平應(yīng)力作用下發(fā)生壓曲,壓曲臨界載荷也會(huì)得到明顯提高。

　　相反,如果錨桿沒(méi)有預(yù)緊力,則只有當(dāng)巖層產(chǎn)生一定變形時(shí)錨桿才有載荷,顯然不能控制在這以前頂板巖層的離層和失穩(wěn)。預(yù)緊力太小也不能起到良好效果。如果錨桿安裝不及時(shí),較大范圍內(nèi)的巖層已產(chǎn)生滑動(dòng)、失穩(wěn)、離層,巖層承載能力喪失很大,再打錨桿就不會(huì)取得良好的錨固效果。

　　3.2 錨桿的中期作用

　　掘進(jìn)影響穩(wěn)定后至受到采動(dòng)影響前,稱(chēng)之為中期階段。此階段主要是由于巖石的流變效應(yīng),致使隨著時(shí)間推移,巖層強(qiáng)度不斷降低,頂板下沉及錨桿受力逐漸加大,最后形成一定范圍的破壞區(qū)。當(dāng)巷道有煤柱時(shí),殘余支撐壓力也影響巷道圍巖變形和破壞。

　　3.3 錨桿的后期作用

　　當(dāng)巷道支護(hù)時(shí)間很長(zhǎng)或受到回采影響后,巷道圍巖破壞區(qū)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大,圍巖變形急劇增加,錨桿受力增大。會(huì)出現(xiàn)三種情況:一是錨固端仍處于穩(wěn)定巖層中,只是由于破壞區(qū)內(nèi)的巖層進(jìn)一步擴(kuò)容、離層而引起錨桿受力增加,頂板下沉增大。但只要保證錨桿不被拉斷,巷道仍能保持穩(wěn)定。二是穩(wěn)定巖層上移,錨桿完全處于破壞巖層內(nèi)。此時(shí),錨桿的作用發(fā)生了較大變化,但只要錨桿參數(shù)選擇比較合理,頂板仍能保持穩(wěn)定。三是當(dāng)錨桿參數(shù)不合理或次生承載層所受載荷很大時(shí),承載層內(nèi)仍會(huì)出現(xiàn)較大的擴(kuò)容、離層,承載能力下降,厚度減小。

　　4 錨索作用

　　與錨桿相比,錨索具有錨固深度大、錨固力強(qiáng)、可施加較大的預(yù)緊力等諸多優(yōu)點(diǎn),是困難巷道工程支護(hù)加固不可缺少的重要手段。錨索有不同形式,如端錨預(yù)緊力錨索,全長(zhǎng)錨固預(yù)緊力錨索,以及全長(zhǎng)錨固非預(yù)緊力錨索等。不同形式的錨索其支護(hù)加固機(jī)理也有所不同。

　　4.1 端錨預(yù)緊力錨索

　　一般認(rèn)為這種錨索主要是懸吊作用。錨索把下部不穩(wěn)定巖層懸吊于上部穩(wěn)定的巖層。主要是將錨桿支護(hù)形成的次生承載層與圍巖的關(guān)鍵承載層相連,阻止因次生承載層失穩(wěn)而引起的頂板垮落。同時(shí),由于錨索可施加較大的預(yù)緊力,可擠緊和嚴(yán)密巖層中的層理、節(jié)理裂隙等不連續(xù)面,增加不連續(xù)面之間的摩擦力,從而提高圍巖的整體強(qiáng)度。

　　4.2 全長(zhǎng)錨固預(yù)緊力錨索

　　這種錨索不僅具有端部錨固預(yù)緊力錨索的各種作用,而且由于錨索沿全長(zhǎng)錨固,具有類(lèi)似全長(zhǎng)錨固錨桿的作用。索體和錨固劑共同作用,提高巖體的整體強(qiáng)度和剛度。

　　結(jié)語(yǔ)

　　(1)巷道圍巖變形和破壞的特點(diǎn)在于每個(gè)變形階段都有自己的特征,煤巷與巖巷相比有許多特色。

　　(2)巷道圍巖擴(kuò)容、離層與滑動(dòng)是錨桿受力的主要原因。巷道圍巖變形和破壞的規(guī)律在不同階段具有明顯差別。因此,錨桿支護(hù)的作用在巷道不同受力階段有其特點(diǎn),而且是不斷變化的。

　　(3)錨桿的早期作用主要是阻止破碎巖塊掉落并抑制淺部圍巖擴(kuò)容和離層,減小巖層壓曲和彎曲失穩(wěn)的可能性。錨桿安裝越及時(shí),預(yù)緊力越大,支護(hù)效果越好。

　　(4)隨著時(shí)間的推移和受到采動(dòng)的影響,巷道圍巖的破壞范圍會(huì)逐漸擴(kuò)大。當(dāng)錨桿能伸入穩(wěn)定巖層中時(shí),其作用主要表現(xiàn)為:將破壞區(qū)巖層與穩(wěn)定巖層相連,阻止破壞層垮落。

　　(5)錨桿不能伸入穩(wěn)定巖層時(shí),其作用主要是在破壞區(qū)內(nèi)形成次生承載層,阻止上部破壞巖層擴(kuò)容和離層。同時(shí)使圍巖深部巖層內(nèi)的應(yīng)力分布趨于均勻和內(nèi)移。

　　(6)鋼帶和鋼筋托梁的早期作用主要是防止錨桿間的破碎巖塊掉落。隨著錨固區(qū)巖層擴(kuò)容、離層的增大,鋼帶和鋼筋托梁受力逐漸增加,對(duì)錨桿間的圍巖施以徑向約束,阻止其產(chǎn)生進(jìn)一步的擴(kuò)容和離層,從而增加次生承載層得厚度和承載能力。

　　(7)當(dāng)次生承載層發(fā)生壓曲和彎曲失穩(wěn)后,鋼帶和鋼筋托梁與傾斜錨桿形成組合支護(hù)系統(tǒng),防止破壞巖層垮落和發(fā)生較大的轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　(8)錨索的作用主要是將錨桿支護(hù)形成的次生承載層和圍巖的關(guān)鍵承載層相連,阻止因次生承載層失穩(wěn)而引起的頂部垮落,同時(shí),由于錨索可施加較大的預(yù)緊力,可擠緊和嚴(yán)密巖中的層理、節(jié)理裂隙等不連續(xù)面,增加不連續(xù)面之間的摩擦力,從而提高為要的整體強(qiáng)度。錨索全長(zhǎng)錨固時(shí),加固效果更為明顯。