擴大頭錨桿的變形特性及其抗拔承載力分析

甘劍鋒

（吉林大學建設工程學院 130000 中國建筑第八工程局有限公司 300000）

1 錨桿支護理論

錨巖支護體理論認為錨桿能加固巷道的圍巖，形成一個組合體，即錨巖支護體，它不僅具有自承能力，而且能承受因巷道開挖或采礦影響而產生的礦山壓力。它是通過理論和實踐證明，提高預緊力螺栓有利于錨巖巷道支護的形成，并提高其強度，以產生更大的承載能力。錨定支架，在每個桿段和托盤粘合劑之間形成一個雙錐。錐的張開角與巖層的摩擦角有關，與它穿過的裂隙層理有關。在錨巖支護體中，由錨桿所造成的應力沿粘著段和沿托盤的邊緣最大，在錐體的底部應力的強度最小。

2 高預緊力錨桿支護技術

錨桿可以提高錨固體力學參數，提高峰值強度和殘余強度后巖石的強度特別是錨固強度得到加強，形成一個共同的承載結構，充分利用圍巖的承載能力，與錨桿支護強度T改進和加強，在一定程度上的錨固強度，能保持周圍巖體的穩定性。現有錨桿錨索支撐體系可應用于淺部。

（1）發展錨桿支護技術的要點是足夠的錨桿支護強度和初錨力，適當加大錨桿長度，及時錨固，特別應加強幫、角的控制。

支護強度：改善材質。發展合格的高強、超高強錨桿；加大錨桿直徑。

初錨力：在現有風動條件下，改善結構，完善施工工藝，實現15～20kN。

錨桿長度：加長后控制大塑性區和破碎區。

及時錨固：除注意頂板外，還應注意兩幫。

（2）發展高（超高）強度錨桿的理論依據

3 巷道圍巖支護技術的發展

目前，學者們更多地認識到在深部大流變圍巖巷道支護中，支護結構與圍巖共同承載的匹配與偶合作用的重要性。錨桿、錨索及剛性金屬支架等支護材料與巷道圍巖相比，從材料剛度、強度、變形特性、結構特性等方面都存在明顯差異，因此要實現支護材料與圍巖在剛度匹配、強度匹配、變形匹配、結構匹配并非容易，因此在深井高地應力煤巷的支護中，如果出現剛度、強度、結構變形中某一方面的不匹配與不偶合，就不可避免會出現支護結構的強度失穩、變形失穩和結構失穩等。

4 深井高地應力煤巷支護的改進措施

4.1 巷道斷面形狀采用圓弧形放頂掘進

在不支護頂板的情況下，后拱是自然平衡的拱，因此拱隧道具有更均勻的受力和最大的承載能力。圓弧段是讓煤層頂部最容易落下或彎曲的部分人工放出的巖石，使巷道具有較好的承載效果。

上順槽：當挖掘，我們需要巷道支護為煤體，所以巷道斷面設計為切向拱截面，底部和上部兩側全煤，和屋頂的頂部放500mm。

下順槽：回采時，巷道上部為煤體，下部不需要。因此，巷道斷面設計為兩肩高的圓弧拱段，下部為整個巖層或下部煤層的一小部分，上部為整體煤。

4.2 采用高預應力錨桿

（1）高預應力錨桿支護要求

隨著開采深度的增加，地應力的增大，圍巖松動圈也增大，巷道支護中的錨桿規格也應加長，發展成預應力高強錨桿。錨桿主要是改善圍巖應力狀態，它是由二維應力狀態變為三向應力狀態，限制膨脹變形，提高自身實力，從而提高加固圍巖的自承載能力，嚴格的說是一種錨桿加固的方法。

（2）支護參數確定的原則

高可靠性和安全性，盡可能減少維修期間的數量或僅在道路維修期間進行局部維護。支護參數和支護材料規格適應性強，施工可行。由于地下巷道圍巖條件的巨大變化，考慮支護的合理性，可以考慮多種支護參數和支護材料規范，但這不利于巷道的施工和管理。因此，盡可能使用統一的支持材料和材料規范。在滿足前兩項原則的前提下，經濟是合理的。

（3）支護方案

錨桿支護初始設計采用有限差分數值計算的程序設計flac3.3。巷道采用高預緊錨索和錨索聯合支護體系。

螺栓的形式和規格：桿體選用25#左旋無縱筋錨桿，長度為2.4m，桿的尾部是M27，和軋制過程中形成。極限破壞力400kN、屈服極限和294kN，伸長率為17%。擰緊扭矩可達800N。利用空氣觸發緊固螺母。

錨固方法：樹脂加長錨固兩錨地，一是k2835，另z2860，鉆頭的直徑為32mm，和錨固長度1440mm。

帶鋼規格：采用W鋼帶保護前，帶鋼規格：厚度5mm，寬280mm，長度380萬美元，3.5m1.8。

連接配件：高強度螺栓和螺母M27×3，高強度尼龍墊圈托盤，托盤采用拱型高強度的托盤，和承載能力不小于40t。

網孔規格：使用金屬的經度和緯網保護上，網格尺寸為4.5×0.9m，3.6×1.9×0.9m0.9m，網格為 50×50mm，和材料 10# 線。

錨桿布置：錨桿排距0.8m，每排12個螺栓，錨桿間距900mm1100mm的錨桿間距、錨桿間距800mm。

（4）高預緊力錨桿支護特點

螺栓的預緊力高預緊力，增加主動錨結合的圍巖，以控制圍巖的變形，全螺紋鋼錨桿預緊力比較低，可以降低支護密度；高預應力錨桿不易松動，爆破振動的影響比其他類型小螺栓的影響，如全螺紋鋼錨桿松動迎頭10m范圍內更為嚴重；左掛體高預緊力螺栓螺紋和螺栓就掛線，目前已安裝的正確懸掛緊固螺母的工具，左右懸掛線安裝有攪拌錨固劑，可以提高E錨固段錨定效應的致密性好；高預應力錨桿機械安裝，可靠性高的安裝，避免隨機性的人工操作，確保安裝質量和全螺紋鋼錨桿采用人工緊固扳手，任意難以保證足夠的預緊力。

[1]馬振乾.厚層軟弱頂板巷道災變機理及控制技術研究[D].中國礦業大學（北京），2016.

[2]張永政.錨固結構面剪切破壞聲發射特性及錨固機理宏細觀研究[D].山東科技大學，2017.