有色金屬錨桿支護的關(guān)鍵理論教學(xué)研究

吳立莉

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

1 錨桿支護及基本原理

（1）什么是錨桿支護。先說支護，指的是為了地下巷道掘開挖后穩(wěn)定還有施工安全，而采取的支持、加強或改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)而打設(shè)的構(gòu)建或采取的措施總稱[1]。顧名思義，一方面是支，指的是頂住頂板，防止頂板出現(xiàn)大量的下沉，使頂板下沉控制在可控和安全的狀態(tài)；一方面是護，就是保持頂板的完整性，支和護是一個有機整體，它們共同形成了支護系統(tǒng)。

而錨桿支護是支護的一種，它是一種高效、經(jīng)濟、又安全的主動支護方式，由錨桿桿體、錨固劑、板托、錨鋼帶和錨網(wǎng)梁等組成[2]。用桿柱打入地表巖體預(yù)先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板與穩(wěn)定巖體組合形成懸吊效果、組合梁效果，最后達到支護的目的，錨桿支護原理就是弄清楚錨桿、錨索與圍巖之間的相互作用關(guān)系，指導(dǎo)錨桿支護設(shè)計。

（2）錨桿支護之基本原理。錨桿一般有三個方向，桿體的長度會遠大于其他兩個尺寸，這種構(gòu)建在力學(xué)上主要提供兩個方面的作用：抗拉和抗剪。巖體一般在安裝設(shè)備時由很好的力學(xué)性能，但是除去裝備時，由于出現(xiàn)了拉力的原因，巖體結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特征會產(chǎn)生變化，導(dǎo)致巖體質(zhì)量迅速劣化，產(chǎn)生松動以及塊體失穩(wěn)兩個巖體破壞效應(yīng)。

針對上述巖體力學(xué)穩(wěn)定性的變化錨桿支護就有很好的適應(yīng)性，一般設(shè)備卸載后，巖體會變得強度低、抗變能力差等特點，給實際挖礦作業(yè)的工人帶來很大的危險。圍巖變形使負(fù)重作用于托板，通過托板將負(fù)重傳給錨桿桿體，錨桿將圍巖的應(yīng)力狀態(tài)由單向變?yōu)槿蚴軌海蟠蟮奶岣吡藝鷰r自身的承載能力，由原來的被動支護變?yōu)橹鲃又ёo，從而充分發(fā)揮錨桿控制圍巖變形的作用。

由于錨桿支護的抗拉作用，增強了破碎巖石和巖層間的摩擦力，阻止了巖層之間的滑動，使各類巖層之間形成組合梁作用，對于跨度較小的巷道斷面，大量錨桿又能很好的改善錨固體承載力，阻止圍巖的進一步變形或者破壞[3]。

概括來說錨桿支護承擔(dān)圍巖的預(yù)應(yīng)力，提高了巖體整體的穩(wěn)定性和抗變能力。

2 錨桿支護的應(yīng)用及存在的問題

（1）運用：錨桿支護，通過長期應(yīng)用得到的成功經(jīng)驗，使其在實踐中成為了一種無可代替的巖土工程安全加固措施。被推廣于礦山開采眾多的作業(yè)場所。例如采場的頂板和圍巖，各類開挖工程結(jié)構(gòu)表面巖體等。都會用到錨桿支護。

盡管錨桿支護有眾多優(yōu)勢，但仍舊會存在一些缺陷，例如為了解決圍巖表面潑水巖體支護問題，錨桿加金屬網(wǎng)的組合方式，為了更好的提高頂板的牢固性，常采用螺紋鋼，來強化對頂板的加固工作，從底板處實施錨桿支護作業(yè)，使用較長的錨桿進行支護，金屬網(wǎng)也采用菱形網(wǎng)，聯(lián)接方式為網(wǎng)扣一扣壓一扣的辮式鏈法，這種處理方式不僅牢固還很美觀，可謂科學(xué)與美學(xué)的完美結(jié)合，一定程度解決了之前的難題。同時為了解決巖體膠味松軟地帶和地質(zhì)結(jié)構(gòu)易變化地帶的復(fù)雜的支護狀況，采取了減少錨桿之間的排距和間距，來確保井下工作的安全性。而一般錨桿的排距和間距是500mm＊500mm。諸如此類結(jié)合礦井實際情況進行的錨桿支護改進案例還有很多，此處不做多贅述。

（2）存在的問題：①配套技術(shù)有待完善。雖然前面已經(jīng)介紹了錨桿技術(shù)的優(yōu)化，但仍舊有其存在的問題未被良好解決。目前錨固頂施工技術(shù)中，鉆眼是一道必須工序。在實施這道工序時，會產(chǎn)生大量的巖屑，需要大量的水和氣流將這些孔內(nèi)的巖屑沖走，而被沖走的巖屑會有部分殘留在巷道的底板上，或者混合著氣流行為霾彌漫在空氣中，這一處理的后果其一巷道的施工難度被增加，其二給施工的人員帶來霾健康危害，所以完善相關(guān)配套技術(shù)是亟須解決的問題之一。②掘進作業(yè)效率與錨固作業(yè)效率不匹配。這里提到第二個問題是，當(dāng)需要在巷道進行錨固作業(yè)時，掘進作業(yè)需要完全停止才可以支持其正常進行。盡管在實操中，錨固和掘進有部分重疊的時間，但總體計算下來，錨固的時間是遠遠大于掘進時間的。例如連采機巷道能夠讓冶金和錨固同步進行，但“雙巷”作業(yè)，對連采機、錨桿鉆車、梭車等配套之間的頻繁換巷作業(yè)又有了更高的要求，這會增加時耗，也同時縮短巷道底板的壽命，需要增大對巷道底板的維護成本。所以無論如何，現(xiàn)狀是掘進作業(yè)效率與巷道錨固作業(yè)效率匹配程度還有很大的提升空間。③裝備機械化程度不高。目前我國煤礦的掘進巷道多采用懸臂式掘進進行掘進作業(yè)，錨桿支護裝備的機械化程度還遠遠不夠，現(xiàn)狀的錨固作業(yè)是讓多名礦工在空頂下用人工手持鉆機、扳手還有杠桿等工作來互相協(xié)作完成。這種非機械化的作業(yè)方式，無疑是增加了人員的安全隱患。所以錨固裝備機械化程度是后面需要努力改進的一個方面。如果可順利改進，對于錨固工作也有很大的意義。

3 錨桿支護的優(yōu)勢

（1）作用迅速。與傳統(tǒng)支護方式相比，錨桿支護的原材料量少且質(zhì)輕，掘進過程中原料的運輸存在很大的優(yōu)勢，可以提高掘進的效率。然后，回采作業(yè)中，可以減少工作面的作業(yè)流程，明顯提高井下作業(yè)效率，降低了工人們的勞動強度。最后，錨桿支護工序間大門，有利于在快速掘進中實現(xiàn)圍巖支護的機械化工作，因為其可在掘進面掘進后立刻就施工。

（2）成本低。和傳統(tǒng)支護技術(shù)相比較，錨桿支護減少了巷道支護材料的投入和運輸，一定程度大幅減少了支護的材料成本。同時可節(jié)約巷道的掘進成本，因為錨桿支護深入圍巖巖體，不需要占用巷道斷面，因此在設(shè)計上減少了巷道斷面面積。同時錨桿支護穩(wěn)定性良好，有效的減少了巷道的維修養(yǎng)護量，從而從根本上降低了巷道的維護費用成本。

（3）效果優(yōu)秀。錨桿支護充分利用了圍巖自身的支撐能力形成了相對穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，這一做法不僅有效提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性，還簡化了巷道支護維護。究其主要原因，因為錨桿支護是主動支護形式，完全符合巖石力學(xué)理論和圍巖控制論。

4 結(jié)語

在有色金屬礦山作業(yè)中，錨桿支護技術(shù)對于圍巖有加固和支護雙重作用，一方面錨桿有效的阻止了巖層間的滑動，保證了煤巖體的完整性，提高了圍巖體的自承載能力，限制了圍巖體的位移；另一方面錨桿提高了破碎巖體的抗剪切于抗壓強度，起到了加固作用。實踐證明，錨桿支護有效地控制了巷道周圍巖體的位移變形，取得了良好的安全與經(jīng)濟效益，是煤礦井下支護方式的重要發(fā)展方向，應(yīng)當(dāng)在礦井下工程施工中被廣泛使用。