淺析錨桿支護技術(shù)的機理

付鐵虎

華晉焦煤有限責任公司沙曲一礦 山西呂梁 033300

在當前煤礦巷道中廣泛利用錨桿支護技術(shù)，可以維護煤礦生產(chǎn)工作的安全性，因此錨桿支護技術(shù)獲得很多煤礦企業(yè)的認可，利用該技術(shù)有利于順利推行煤礦系統(tǒng)工作。為了保障煤礦開采質(zhì)量，我國需要積極研究錨桿支護技術(shù)，不斷改進錨桿支護技術(shù)水平，保障煤礦整體技術(shù)效果。

1 概述錨桿支護技術(shù)的機理

巷道開挖工作會破壞巖體的應(yīng)力平衡狀態(tài)，重新分布應(yīng)力場，為了避免巷道出現(xiàn)坍塌問題，在巷道開挖之后需要落實支護工作。錨桿支護技術(shù)屬于柔性加固技術(shù)，主要是利用巖石和土壤的承載性，提高巖體整體的穩(wěn)定性，通過組合梁作用和擠壓加固拱作用，有效保護加固體。

1.1 強化巷道圍巖

巷道開挖工作會破壞圍巖平衡性，需要重新分布圍巖結(jié)構(gòu)，因為巷道表面具有突出的礦壓，上覆巖屬于沉積巖，需要發(fā)揮錨桿的懸吊作用，利用錨固力在內(nèi)層穩(wěn)定巖層懸吊外圍失穩(wěn)巖層，可以保障圍巖穩(wěn)定性。錨桿和圍巖體屬于一個整體，設(shè)置鋼筋混凝土承載結(jié)構(gòu)，可以提高圍巖強度。研究巷道圍巖體的錨固應(yīng)力，建立應(yīng)變曲線，利用錨固措施之后，顯著提高了圍巖體的強度。針對峰后破壞，利用錨固之后實現(xiàn)了延性和塑形破壞，應(yīng)力降低更加平緩，因此錨桿有助于強化圍巖[1]。

1.2 改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)

巷道開挖之后改變了圍巖的原巖應(yīng)力狀態(tài)，巷道圍巖開始交替出現(xiàn)拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，這樣會破壞巷道圍巖。實現(xiàn)錨桿支護之后，在錨桿和圍巖之后會產(chǎn)生壓應(yīng)力，預應(yīng)力錨桿會增加圍巖表面的方向壓應(yīng)力，巷道圍巖就會承受三向受力。施加預應(yīng)力錨桿，可以在一定程度上抵消圍巖拉應(yīng)力，同時可以緩解圍巖的摩擦效應(yīng)，使巷道圍巖抗剪切能力因此提升，有效改善巷道圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。

1.3 約束巷道圍巖

如果巷道圍巖當中出現(xiàn)裂隙和弱面問題，圍巖強度會因此降低，發(fā)揮錨桿的約束作用，可以避免圍巖體滑動，保障巷道圍巖的整體性。聯(lián)合使用錨桿和鋼制托盤等，可以有效約束破碎圍巖，保障支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。發(fā)揮金屬錨桿的作用，可以降低煤巖體的彈性應(yīng)變能力，避免圍巖發(fā)生沖擊破壞的問題。在錨桿打在巷道頂板上，這樣可以縮小巷道頂板巖石裸露的跨度，提升頂板巖層的抗彎曲能力，提高了頂板穩(wěn)定性[2]。

2 錨桿支護技術(shù)的特點

2.1 支護成本比較低

對比傳統(tǒng)技術(shù)，錨桿支護技術(shù)具有較大的材料優(yōu)勢，減少巷道支護材料投資，同時也可以節(jié)省煤礦單位材料成本。利用錨桿支護技術(shù)只需占用較小的空間，同時不會占據(jù)巷道工作面，在巷道開挖過程中，可以適當?shù)臏p少隧道斷面，同時可以減少開挖工作量，節(jié)省開發(fā)成本，因為支護面積不斷縮小，再加上錨桿支護具有穩(wěn)定性特征，因此可以降低煤礦單位后續(xù)維護成本。

2.2 施工難度比較低

煤礦企業(yè)在利用錨桿支護技術(shù)的過程中不會利用太多的材料，極大的減少了材料運輸工作量，同時提高了施工進度，實現(xiàn)快速掘進工作。在采礦過程中不斷減少原料應(yīng)用，同時會降低施工難度，維護采礦工作的安全性，同時可以降低整體工作量，錨桿支護結(jié)構(gòu)比較簡單，可以降低工作強度，保障整體開挖速度[3]。

2.3 迅速發(fā)揮支護作用

對比傳統(tǒng)支撐方法，利用錨桿支護技術(shù)利用少量原料，可以保障采煤工作的機械化水平。在隧道開發(fā)工作過程中，利用錨桿支護技術(shù)可以提高運輸效率和支護效率。錨桿支護技術(shù)的工藝比較簡單，掘進之后可以及時施工，實現(xiàn)圍巖支護的機械化施工。錨桿支護技術(shù)利用主動支護原理，錨桿加固圍巖深部，可以建立承載結(jié)構(gòu)，利用圍巖強度，使圍巖承載力因此提升，利用錨桿支護技術(shù)，可以有效提高巷道圍巖的安全性和穩(wěn)定性。

3 概述煤礦巷道的錨桿支護技術(shù)

3.1 懸吊式錨桿支護技術(shù)

因為不同區(qū)域圍巖情況是不同的，增加了懸吊式錨桿支護技術(shù)應(yīng)用難度。如果圍巖周邊出現(xiàn)很多碎石，可以確定圍巖存在問題，如果利用懸吊錨桿支護技術(shù)，無法保護支護作的穩(wěn)定性，還會快速垮落圍巖層，全面破壞了圍巖結(jié)構(gòu)[4]。

3.2 組合梁錨桿支護技術(shù)

煤礦巷道圍巖包括多個層次，這些巖層具有不同的形式，施工人員在錨固多層圍巖的時候，可以利用組合梁錨桿支護技術(shù)，使圍巖的承載力因此提升，如果巖層破碎性比較強，工作人員可以利用巖層間的摩擦力和擠壓力，使圍巖的穩(wěn)定性得到保障。

3.3 組合拱錨桿支護技術(shù)

如果圍巖破碎情況比較嚴重，工作人員可以利用圍巖的擠壓力和摩擦力，保障圍巖的穩(wěn)定性，也可以利用組合拱錨桿支護技術(shù)，使圍巖承載力因此提升。在大斷面巷道當中利用組合拱錨桿支護技術(shù)，可以對于多層破碎圍巖起到錨固作用，減少圍巖垮落的數(shù)量，同時發(fā)揮出巖層的擠壓力和摩擦力，使拱形結(jié)構(gòu)的承載力因此提升，避免圍巖出現(xiàn)變形的問題，同時可以維護整體圍巖的穩(wěn)定性。

3.4 錨桿孔設(shè)計

在利用錨桿支護技術(shù)的過程中，錨桿孔關(guān)系到錨桿支護效果，在設(shè)計錨桿孔的過程中，煤礦單位需要根據(jù)標準規(guī)定，控制錨桿孔的孔徑和孔間，尤其要控制錨桿孔的深度，深度要始終小于錨桿長度，同時還要合理控制錨桿孔的軸偏差。

4 錨桿支護技術(shù)的設(shè)計和發(fā)展

4.1 設(shè)計

在設(shè)計應(yīng)用錨桿支護技術(shù)的過程中，可以利用工程類比法，根據(jù)簡單的經(jīng)驗公式完成設(shè)計工作。也可以利用理論計算法，通過測算巷道圍巖的力學參數(shù)，落實錨桿支護的力學分析，利用這種設(shè)計方法可以設(shè)計錨桿支護參數(shù)。根據(jù)計算機數(shù)值模擬，可以完成設(shè)計工作。也可以利用監(jiān)測法，在設(shè)計錨桿支護技術(shù)的過程，為了保障巷道圍巖的穩(wěn)定性，可以利用這種技術(shù)。此外煤礦單位可以利用數(shù)字模擬軟件模擬巷道設(shè)計情況，確定巷道內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變分布情況，保障錨桿支護設(shè)計工作的合理性和可靠性。利用監(jiān)測法可以提高圍巖的自承能力，綜合利用錨桿和噴射混凝土方法，避免圍巖出現(xiàn)變形的問題[5]。

4.2 發(fā)展

錨桿埋在地下可能會出現(xiàn)銹蝕問題，為了延長錨桿使用壽命，煤礦單位需要加強研究錨桿防腐技術(shù)，改進現(xiàn)有的防腐技術(shù)，研發(fā)出高效的防腐技術(shù)。此外我國需要積極研究新的支護材料，加強檢驗和監(jiān)督錨桿生產(chǎn)過程中，保障錨桿質(zhì)量，提高錨固材料的性能水平。例如我國可以開發(fā)推廣新型樹脂錨固劑，使錨固支護的強度和剛度得到提升，加強粘結(jié)圍巖和錨桿，盡早預緊處理錨桿，提高加載速度。此外煤礦企業(yè)需要加大力度培訓技術(shù)人員，因為技術(shù)人員負責操作技術(shù)和設(shè)備，因此提升技術(shù)人員的素質(zhì)，才可以保障錨桿支護技術(shù)應(yīng)用水平。技術(shù)人員要靈活利用錨桿支護技術(shù)，促進錨桿支護技術(shù)可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語

煤礦企業(yè)需要深刻認識錨桿支護技術(shù)作用，促使技術(shù)人員靈活利用各種錨桿支護技術(shù)，同時需要明確技術(shù)應(yīng)用過程中的注意事項，充分發(fā)揮出錨桿支護技術(shù)在煤礦巷道中的作用，提高煤礦生產(chǎn)工作的安全性，保障煤礦企業(yè)的綜合效益。