淺談井巷工程中錨網支護工程主控項目的工程意義

孟慶國+孟慶石

摘 要：隨著煤礦日益發展，錨網支護在井巷工程施工過程中運用逐步成熟，本文根據白莊煤礦實際情況就錨網支護在支護工程中主次控項目的工程意義發表見解。

關鍵詞：井巷工程；錨網支護；主控項目

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.108

1 主控項目實施條件

錨桿的桿體及配件的材質、品種、規格、強度必須符合設計要求。

樹脂卷的材質、規格、性能必須符合設計要求。錨桿安裝應牢固，托盤密貼壁面、不松動。錨桿的擰緊扭矩不得小于100N·m。錨桿的抗拔力最低值不得小于設計值得90%。

2 主控項目實施意義和更新思路

2.1 錨網支護工程主控項目現狀

公司目前普遍使用的Ф18mm無縱筋螺紋鋼錨桿，16Mn材質（鋼材屈服強度為350MPa，抗拉強度為520MPa），保證錨桿在承受最大89.0KN的拉力時不發生較大變形，在受到132.3KN時才會發生破斷。在確保錨桿強度條件下，可有效抑制圍巖變形，滿足巷道使用要求。

錨桿長度副井、風井井筒使用2100mm，副井筒與井底車場連接處使用2300mm，副井各車場使用2500mm。巷道圍巖受到擾動，會在巷道周圍發育一個松動圈，松動圈的大小視圍巖強度、巷道大小、原巖應力而變化。當存在錨桿支護時，錨桿的預應力或圍巖變形膨脹使其承受的拉應力會使巷道松動圈范圍內的巖石受到較大三向應力，從而抑制了圍巖松動圈的發育，充分發揮圍巖的自承載能力。錨桿過短，若松動圈發育超過錨桿錨固段深度或錨固段無法懸吊下墜頂板，就有可能發生連同錨桿一起的頂板垮落事故。

式中D-為錨固劑直徑，取23mm；L為錨固劑長度，取500mm；n為錨固劑數量，取2只；d1為鉆孔直徑，取32mm；d2為錨桿直徑，取18mm；50為鉆孔時鉆孔深度偏差允許為50mm。

所以按照規定的參數進行現場施工才能保證足夠的支護強度。

托盤規格150×150×10mm，材質為Q235鋼材（屈服強度235MPa）。錨桿托盤的工程意義在于將錨桿施加的預緊力傳遞給錨桿周圍的巖體，形成“錐形壓縮體”，在巖體內形成三向應力環境。由巖石應力變化曲線可知，當巖石處于三向應力環境中時，巖石承受的軸向壓力要比沒有圍壓時大很多，巖石更不容易遭到破壞。托盤越大，托盤施加的應力范圍越廣，每個錨桿形成的壓縮體疊加，最終形成一個壓力供抑制圍巖變形。

2.2 項目更新思路

樹脂藥卷由高性能不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑、填料和其他化學助劑等組成，一般為雙組份包裝。使用時利用專門機具與錨桿進行攪拌安裝，兩組份均勻混合后可以快速固化并獲得很高的粘結錨固力、優異的材料力學性能。錨桿與錨固劑的粘合強度一般取10N/mm2，公司使用CK2350錨固劑，性能如果不能達標，錨固劑無法提供錨桿與鉆孔間的粘結力，錨固力與錨桿扭矩就可能無法達到標準。根據懸吊理論，錨桿就沒有足夠的錨固力，就無法吊掛住離層的頂、幫巖石。

錨桿托盤緊貼巖壁可以均勻的對巷道施加壓力，形成規則的壓縮錐形體；如果不能緊貼，托盤對巷壁的力是不均衡的和不穩定的，不平衡的應力作用在圍巖上使其破壞膨脹并最終平衡。所以托盤緊貼巖壁對于控制圍巖變形有著較大的作用。

錨桿的擰緊扭矩不得小于100N·m實際上是對錨桿施加了一個預緊力。

擰緊扭矩的計算公式如下：

擰緊力矩=扭矩系數×預緊力×螺紋公稱直徑。關鍵是扭矩系數，它同螺紋規格，螺紋表面處理的方法與螺紋的摩擦系數等有關。以上參數的不同扭矩系數是不同的，同時實際的螺紋連接不可避免地存在制造誤差，有時甚至存在螺紋有碰傷、銹蝕等缺陷，此時，即使一批螺栓連接副的摩擦系數保持恒定，其扭矩系數也將不可避免地存在一定的散差，而并非與摩擦相對應的某一常數。一般抽樣檢查在試驗室通過測力計來進行率定扭矩系數。

依據有關文獻（《預緊扭矩與錨桿預緊力的關系》）給定的高強度螺紋鋼錨桿Ф18的扭矩系數取0.36計算扭矩為100N·m時預緊力為15.432KN。扭矩為120N·m時預緊力為18.52KN。

對不同預緊力的錨桿受力監測數據分析比較得出：低預緊力（15～30kN）錨桿安裝后，受力增加很快；將預緊力增加到40～50kN，錨桿受力增加也比較快，但比低預緊力錨桿小，圍巖變形與頂板離層仍比較大；而高預緊力（80～100kN）強力錨桿安裝后受力變化不大，有效控制了圍巖的擴容與離層[6]。

錨桿預應力低，導致錨桿支護產生的應力場應力值小，形成的有效壓應力區范圍小，而且孤立分布，沒有連成整體；在高預應力條件下，錨桿產生的應力值大，形成的有效壓應力區范圍廣，幾乎覆蓋了整個頂板，錨桿的主動支護作用得到充分發揮（預應力在錨桿支護中的作用）。

參考文獻 ：

[1]何滿潮，袁和生，靖洪文等.中國煤礦錨桿支護理論與實踐[M].北京：科學出版社，2004.

[2]劉泉聲，黃興，時凱，劉學偉.煤礦超千米深部全斷面巖石巷道掘進機的提出及關鍵巖石力學問題[J].煤炭學報，2012（37）12：2006-2013.

[3]Paterson M S.Experimental deformation and faulting in Wombeyanmarble[J].Bull. Geol.Soc.Am，1958（69）：465-467.

[4]何滿潮，謝和平，彭蘇萍等.深部開采巖體力學研究[J].巖石力學與工程學報，2005，24（16）：2803-2812.

[5]何滿潮，錢七虎等.深部開采巖石力學研究[M].北京：科學出版社，2010.

[6]康紅普等.預應力在錨桿支護中的作用[J].煤炭學報，2007，7（07）：680-685.endprint