不同錨固方式下錨桿長度參數的優化研究

郝一楠

（晉能控股煤業集團馬脊梁礦機掘六隊，山西 大同 037000）

引言

礦井巷道開挖后，巷道四周存在的破碎巖層就喪失了原有的整體性，無法抵抗外部的壓力，這就成為巷道圍巖加固的范疇，此時，通過安設錨桿，不僅能夠及時加固圍巖，還能提升圍巖的強度和承載力，因此，錨桿支護能被廣泛應用在煤礦巷道中。錨桿支護圍巖的理論有：一是當錨固體進入穩定的巖體中，借助桿體的支撐力，并通過懸吊作用提高圍巖的強度，進而維護圍巖的穩定；二是在巷道支護中，允許圍巖產生一定的變形，并通過圍巖的自身承載能力，在支護結構和圍巖間實現強度理論；三是對支護形式及斷面形狀進行改變，控制因巖體變形產生的局部破壞情況，保證能夠很好地支護巷道圍巖[1]。此外，根據錨固的長度大小，錨桿可分為端頭錨固、加長錨固和全長錨固，其中，對于端頭錨固，其錨固長度要求小于鉆孔深度的1/3，或者小于500 mm；對于全長錨固，其錨固長度要求滿足鉆孔深度的90%；對于加長錨固，其長度大小介于兩者之間[2]，而本文主要分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下，改變錨桿長度對巷道變形的影響分布，進而達到利用錨固長度來控制圍巖作用的目的。

1 不同錨桿錨固方式的介紹

端頭錨固是通過對錨桿體施加預緊力，利用產生的拉伸力擠壓圍巖，達到提高圍巖強度、降低圍巖變形的目的。此種方式適用于煤巖完整穩定，同時開挖掘進對巷道影響比較小的煤巷中[3]。

全長錨固是在最初安裝錨桿后，因圍巖未產生位移，不能與錨固體產生摩擦作用，因此，此時不能對圍巖起到錨固作用；而當圍巖產生變形，或者圍巖與錨桿間產生相對位移時，在錨桿的剪應力作用下，對圍巖起到約束作用，進而避免圍巖發生橫向變形[4]。

2 不同錨固方式下錨桿長度參數的優化研究

錨桿長度作為錨桿支護的關鍵參數之一，錨桿長度的選取應能保證巷道內形成的承載結構穩定且能力強，如果錨桿長度選取偏大，錨桿對錨固體的承載能力作用不明顯；如果選取偏小，會縮小錨固區的范圍，對巷道圍巖的穩定效果也不好，所以，應當選取合理的錨桿長度范圍。依據錨桿支護設計規范，錨桿長度大小要大于或等于松動圈范圍，本文以某礦為對象，該礦回采巷道圍巖松動圈大小是1 912 mm，選取不同錨桿長度1 900、2 200、2 500 和2 800 mm。

本文中錨桿間排距是800 mm，分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下，改變錨桿長度對巷道變形的影響分布，為確定不同錨固方式下合理的錨桿長度提供理論基礎。另外，不同錨桿錨固長度選取參數如表1 所示。

表1 不用錨桿長度研究參數選取

2.1 端頭錨固下錨桿長度的選取

通過分析端頭錨桿錨固方式下，改變錨桿長度對巷道頂底板以及兩側幫部變形的影響，得到下頁圖1 所示的變化曲線。

圖1 端頭錨固方式下，不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線

從圖1 可以看出，巷道頂底板及兩側幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當錨桿長度大于2 200 mm 時，巷道巖幫的變形量減小不顯著；當錨桿長度大于2 500 mm 時，巷道頂板、煤幫的變形量減小不顯著。因此，綜合分析可知，端頭錨固方式下，巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。

2.2 加長錨固下錨桿長度的選取

通過分析加長錨桿錨固方式下，改變錨桿長度對巷道頂底板以及兩側幫部變形的影響，得到圖2所示的變化曲線。

圖2 加長錨固方式下，不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線

從圖2 可看出，巷道頂底板及兩側幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當錨桿長度為2 200 mm 時，再增大其長度，對巷道巖幫的作用不顯著；當錨桿長度增大至2 500 mm，再繼續增大，對巷道頂板、煤幫的作用也不顯著。因此，綜合分析可知，加長錨固方式下，巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。

2.3 全長錨固下錨桿長度的選取

通過分析全長錨桿錨固方式下，改變錨桿長度對巷道頂底板以及兩側幫部變形的影響，得到圖3所示的變化曲線。

從圖3 可知，巷道頂底板及兩側幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當錨桿長度增大至2 200 mm 后，再繼續增大，對巷道變形量減小不顯著。因此，綜合分析可知，全長錨固方式下，錨桿長度宜選取2 200 mm。

圖3 全長錨固方式下，不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線

綜上分析可知，對于端頭錨固方式，建議巖幫錨桿長度選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度選取2 500 mm，錨固長度均選取700 mm。對于加長錨固方式，巖幫錨桿長度選取2 200 mm，錨固長度選取1 050 mm；頂板、煤幫錨桿長度選取2 500 mm，錨固長度選取1 400 mm。對于全長錨固，錨桿長度選取2 200 mm，錨固長度選取2 100 mm。

3 結論

為確定最優的錨桿支護方案，進而保證巷道開采的安全經濟。本文主要分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下，改變錨桿長度1 900、2 200、2 500 和2 800 mm，對巷道變形的影響分布，結論是：

1）端頭錨固方式下，巷道頂底板及兩側幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小，此時，巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。

2）加長錨固方式下，巷道頂底板及兩側幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小，此時，巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。

3）全長錨固方式下，巷道頂底板及兩側幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小，此時，錨桿長度宜選取2 200 mm。