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1、大淑村礦錨桿全長錨固支護研究與實踐王爭（冀中能源峰峰集團有限責(zé)任公司大淑村礦，河北武安056300）摘要：為解決傳統(tǒng)錨桿支護在巷道復(fù)雜條件下存在的問題，從理論上分析了不同錨固方式支護對巷道的影響，得出了全長錨固在巷道實際應(yīng)用中的優(yōu)點，即能夠增強錨桿對圍巖錯動及離層的控制。通過在大淑村礦的井下實踐，證明了錨桿全長錨固支護方式優(yōu)于傳統(tǒng)端錨支護，能有效控制圍巖變形，支護效果良好。關(guān)鍵詞：錨桿支護；全長錨固；強力支護。目前錨桿支護技術(shù)在軟巖巷道支護方面是關(guān)鍵技術(shù)之一，該技術(shù)可實現(xiàn)巷道安全、高效掘進。近幾年來，在國內(nèi)外錨桿支護技
2、術(shù)已得到普遍應(yīng)用。目前大淑村礦主要采用高強度螺紋鋼錨桿端頭錨固做為主要的支護方式。但是，對于一些復(fù)雜困難條件巷道，端頭錨固支護效果差，且不能滿足巷道支護要求。近幾年來，隨著大淑村礦的采深越來越大，地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，巷道支護日益困難，原有的支護工藝難以保證巷道圍巖穩(wěn)定，因此在172106運料石門、新東正巷等地區(qū)采用了錨桿全長錨固方案，有效的解決了這一難題。1、錨固方式對巷道支護的影響根據(jù)錨桿的錨固長度，可將錨固方式分為端錨、加長錨和全長錨3種［2］。對于端錨是由錨固劑在錨桿端頭提供錨固力，錨桿的軸向受力除錨固端外，均
3、勻分布在沿錨桿長度方向內(nèi)，只有當(dāng)巖層發(fā)生較大錯動時，錨桿桿體的抗剪能力才能發(fā)揮作用。對于錨桿桿體的全長錨固，錨固劑將錨桿桿體全部錨固在巖體內(nèi)，與圍巖形成一個統(tǒng)一的整體，該錨固方式不但給錨桿提供較強的錨固力，而且在巖層發(fā)生錯動時，能夠與桿體共同起到抗剪切作用，阻止巖層發(fā)生節(jié)理位移。對于全長錨固及端頭錨固，很多專家及學(xué)者對其進行過專項研究［4-5］，得到以下共識:對于端頭錨固方式，應(yīng)力及應(yīng)變沿錨桿長度方向上相等。在錨固范圍內(nèi)，巖層的離層沿整個桿體的長度均勻分散，桿體受力對圍巖的離層及變形并不敏感，支護剛度相對較低。對于全長
4、錨固，應(yīng)力及應(yīng)變沿錨桿長度方向分布，對巖層滑動大及不均勻離層的桿體部位受力很大，桿體的受力對圍巖離層及變形都很敏感，能及時抑制圍巖相對位移與離層，其支護剛度相對較高，如圖1所示。這是全長錨固與端頭錨固的根本區(qū)別。圖1端錨與全長錨支護作用的區(qū)別近年來預(yù)應(yīng)力在錨桿支護中所起的關(guān)鍵作用已被得到重視。全長預(yù)應(yīng)力錨固不同于傳統(tǒng)的全長錨固［6］，其主要是通過錨固劑的凝膠時間差來實現(xiàn)的，具有端部錨固和全長錨固的優(yōu)點，預(yù)緊力矩能夠在較長的桿體上施加，具有較好的錨桿預(yù)應(yīng)力擴散效果，同時增加了對圍巖錯動及離層的敏感度。錨桿支護技術(shù)規(guī)范規(guī)定
5、，全長錨固是指錨桿的錨固長度不小于鉆孔長度的90%。但有研究表明［7］錨桿常在錨固段與自由段的交界面發(fā)生破壞，鉆孔內(nèi)最容易發(fā)生破壞的位置是為錨固的位置是。因此，在大淑村礦應(yīng)用的全長預(yù)應(yīng)力錨固是錨固長度等于鉆孔長度，即全鉆孔充滿錨固劑。2、全長錨固錨桿支護機理一般從結(jié)構(gòu)觀點出發(fā)認為，錨桿支護機理是組合梁和懸吊作用。該理論可防止危巖和剪裂區(qū)局部坍塌。但卻難以解釋在軟巖層內(nèi)錨桿支護設(shè)計的問題。因此，從圍巖與錨桿共同作用的觀點出發(fā)，才能較全面地分析錨桿支護機理；全長錨固錨桿和巷道塑性區(qū)圍巖之所以能夠共同作用，主要是靠錨桿和圍巖
6、之間的粘結(jié)力(或摩擦力)，約束塑性區(qū)圍巖變形，提高圍巖殘余強度，即提高了塑性區(qū)的平均粘結(jié)力C1，錨固區(qū)壓緊后，巖體節(jié)理面間的咬合更緊，因此塑性區(qū)內(nèi)摩擦角ψ1也稍有提高，形成承載拱共同支護體系。從錨桿支護與圍巖共同作用形成承載拱支護機理出發(fā)，需滿足以下條件，(1)錨桿為連續(xù)、均質(zhì)、各向同性彈性體;錨桿與圍巖之間有足夠的粘結(jié)力(或摩擦力),不產(chǎn)生相對滑動。(2)錨桿支護的巷道為無限長圓形巷道(平面應(yīng)變問題)，錨桿均勻地分布在巷道周邊。(3)圍巖在一定范圍內(nèi)為彈塑性變形。側(cè)壓力系數(shù)為λ=1。在上述條件下，圍巖應(yīng)力及變形的彈塑
7、性分析給出的圍巖塑性區(qū)半徑和塑性區(qū)徑向位移表達式為：R0-----巷道圍巖塑性區(qū)半徑，mro-----巷道開挖半徑，mr-----距巷道中心點徑向距離，mP0-----原巖應(yīng)力，MPaPi-----錨桿對巷道周邊支護抗力，MPaUr-----塑性區(qū)徑向位移，mC1-----塑性區(qū)加錨桿后粘結(jié)力（等于原巖粘結(jié)力C），MPaΨ1-----塑性區(qū)加錨桿后內(nèi)摩擦角（等于原巖內(nèi)摩擦角Ψ），0G-----圍巖剪切模量，MPa。錨桿直徑分析：由于錨桿通過粘結(jié)劑與孔壁(圍巖)緊密粘結(jié),不產(chǎn)生相對滑動，因此得出：D-----錨桿直徑，m
8、E-----錨桿彈摸，MPa通過研究得知，錨桿直徑選擇與巷道開挖半徑，錨桿彈模E、粘結(jié)劑、圍巖力學(xué)參數(shù)(剪切模量G、粘結(jié)力C、內(nèi)摩擦角ψ)和原巖應(yīng)力P0有關(guān)。一般巷道開挖半徑越大，需要安裝的錨桿直徑就越粗。粘結(jié)劑剪切強度要與錨桿和圍巖力學(xué)參數(shù)相匹配，才能充分發(fā)揮三者能力，形成共同支護體系。3、大淑村礦全長錨固加固方案工程地質(zhì)條件大
