礦山錨固用W-Z型鋼帶支護優勢分析

郭劍如

(晉煤集團 長平煤業公司，山西 高平 048400)

隨著我國煤炭工業的快速發展和開采支護技術的不斷進步，煤礦巷道支護已普遍采用錨桿支護技術。眾所周知，在錨桿支護的重要構件中，"鋼帶"的工作機理普遍采用的是通過變形釋放壓力來維護巷道頂板和圍巖的穩定，“鋼帶”具體又可分為延展吸能型(如W型鋼帶)和壓縮吸能型(如雙Z型鋼帶)兩類。無論是W型鋼帶還是雙Z型鋼帶，盡管其都有各自的特點和優勢，但同時也存在著一定的缺點和不足。本文力求通過對兩種鋼帶的支護特點進行對比分析，取長補短，合理融合，以尋求對巷道頂板和圍巖來壓復雜條件下支護方式有效的解決方法。

1 W型和雙Z型兩種鋼帶支護特點分析

1.1 W型鋼帶支護特點分析

W型鋼帶護表面積大，強度剛度高，與巷道表面為面接觸，有利于錨桿預緊力的擴散和擴大錨桿的作用范圍，組合作用和均衡錨桿的受力能力強。當頂板水平壓力作用明顯時，鋼帶發生拉伸形變起到變形讓壓作用，使水平應力減少的同時，支護力更加持久穩定。但此鋼帶較薄，當巷道垂直方向來壓過大時，托板容易壓入或壓穿鋼帶，出現剪切和撕裂破壞，導致鋼帶失效，造成危險。W型鋼帶形狀如圖1所示。

圖1 W型鋼帶的斷面形狀

1.2 雙Z型鋼帶支護特點分析

當巷道頂板圍巖產生變形壓力時，雙Z型鋼帶兩端的Z型在變形壓力的作用下收縮靠近，保護錨桿和鋼帶，且可通過鋼帶兩端的Z型的相對位置變化觀察圍巖變形量。同時當圍巖破裂，體積增大時，由于雙Z型整體貼緊圍巖從而限制破裂后的巖石產生過量的變形，破裂的巖石緊緊貼在一起而不致垮落，能夠充分發揮圍巖的自支撐能力，從而達到與圍巖接觸面積大、柔性大、防止漏巖、保護錨桿和鋼帶的目的。但當頂板和圍巖水平方向來壓明顯時，極易導致此鋼帶受力不穩而撕裂，造成冒頂事故。雙Z型鋼帶形狀如圖2所示。

圖2 雙Z型鋼帶的斷面形狀

2 組合式W-Z型鋼帶支護特點分析

通過以上比較，可見W型和雙Z型鋼帶在巷道支護中都有各自的優勢和不足，為了克服二者存在的問題，經過反復實踐總結，提出了一種組合式W-Z型鋼帶。該鋼帶屬于延展吸能型和壓縮吸能型鋼帶的結合品，它既繼承了W型和雙Z型鋼帶所具有的承載速度快，錨固力大，強度剛度高等基礎優勢，同時又克服了二者分別對頂板圍巖垂直、水平壓力支撐有局限性的缺點。其工作機理是：當巷道頂板圍巖來壓時，W-Z型鋼帶組合各自發揮其作用，若巷道頂板垂直壓力過大時，Z型鋼帶發揮其壓縮吸能的作用，吸收并釋放垂直壓力，中間的W型鋼帶則起主要的支撐作用；若巷道頂板水平壓力過大時，中間的W型鋼帶發揮其延展吸能的作用，吸收并釋放水平壓力，兩側的Z型鋼帶則輕微變形吸收壓力能。

若巷道頂板垂直、水平壓力都比較大時，此組合鋼帶則發揮其各自的優勢特點來吸收釋放頂板壓力，而且Z型鋼帶部分和W型鋼帶部分由于延展和壓縮會貼緊頂板，限制巖石大塊掉落，從而使破碎頂板變為可彎曲頂板，保證了工作面各裂隙在移動過程中形成斷裂塊，在Z型鋼帶與W型鋼帶的相互作用下，互為牽制，形成平衡，組成“砌體梁”結構，這樣就充分發揮了頂板圍巖的自支撐能力，保證了頂板和圍巖的穩定和安全。如圖3所示。

3 結 語

綜上所述，W-Z型鋼帶的組合作用，是解決巷道頂板圍巖水平來壓和垂直來壓時巷道支護較好的一種方法。它不僅將W型和雙Z型鋼帶的基礎優勢有效地進行了融合，而且成功地化解了二者存在的缺陷和不足，同時也一定程度上增加了鋼帶的護表面積，無形中提高了鋼帶的抗拉強度和抗彎剛度。為尋求特大斷面巷道和松軟破碎圍巖巷道等特殊巷道的支護方法提供了有益的啟示。

圖3 W-Z型鋼帶結構