不同錨固方式對巷道圍巖位移的影響分析

王建宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤大同有限公司，山西 大同 037004）

引言

錨桿支護(hù)具有用料節(jié)省、勞動(dòng)強(qiáng)度低、支護(hù)及時(shí)[1]以及支護(hù)靈活等優(yōu)點(diǎn)[2]，因此，在控制巷道圍巖，甚至在控制深部圍巖變形方面都有著很好的應(yīng)用空間[3]。錨桿為加固巷道圍巖體的桿體結(jié)構(gòu)，按照錨固方式，錨桿分為機(jī)械式和黏結(jié)式兩種錨固方式[4-5]，其中黏結(jié)錨固方式是應(yīng)用樹脂藥卷、速凝水泥和砂漿膠結(jié)材料等巷道圍巖和錨桿體本身膠結(jié)而成作用形成錨固力[6]；機(jī)械式錨固方式是應(yīng)用錨桿體本身和圍巖作用形成的摩擦力或者是錨桿體前端的錨固裝置形成錨固力[7-8]。因此，對巷道圍巖起控制作用的主要是錨桿的錨固長度，依據(jù)錨固長度，錨桿有端頭、全長以及加長錨固三類方式，本文主要模擬對比分析采用三種不同錨固方式對巷道圍巖產(chǎn)生的變形情況，確定最優(yōu)的錨桿支護(hù)效果，進(jìn)而保護(hù)巷道的穩(wěn)定和安全。

1 錨固方式

本文以某礦為研究對象，設(shè)計(jì)采用端頭錨固、加長錨固+全長錨固、全長錨固三種不同錨固方式的錨桿支護(hù)方案，并對比研究巷道頂?shù)装寮皟蓭偷奈灰谱兓?，具體設(shè)計(jì)方案如下。

1.1 方案一：端頭錨固支護(hù)方案

頂板錨桿選用螺紋鋼，其規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm；巖幫錨桿也同樣選用螺紋鋼，其規(guī)格為Φ20 mm×2 200 mm，錨桿布置成與巷道斷面垂直，間排距是800 mm、800 mm，每排10 根，錨固長度是700 mm，采用2 支樹脂錨固劑K23/35。煤幫錨桿選用玻璃鋼錨桿，其規(guī)格為Φ27 mm×2 500 mm，錨桿也布置成與巷道斷面垂直，間排距是800 mm、800 mm，每排4 根，采用4 支樹脂錨固劑K23/35；此外，頂板、巖幫及煤幫預(yù)緊扭矩均為300 N·m。頂錨索選用礦用錨索，其規(guī)格為Φ18.9 mm×10 000 mm，間排距是1 000 mm、1 600 mm，每排4 根，采用14 支樹脂錨固劑K23/35，預(yù)緊力為180 kN。

1.2 方案二：全長錨固+加長錨固支護(hù)方案

頂板錨桿選用螺紋鋼錨桿，其規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm；巖幫也同樣選用螺紋鋼，其規(guī)格為Φ20 mm×2 200 mm，錨桿布置成與巷道斷面垂直，間排距是800 mm、800 mm，每排10 根，錨固長度是700 mm，采用4 支樹脂錨固劑K23/35。煤幫錨桿選用玻璃鋼錨桿，其規(guī)格為Φ27 mm×2 200 mm，錨桿也布置成與巷道斷面垂直，間排距是800 mm、800 mm，每排4 根，采用6 支樹脂錨固劑K23/35；此外，頂板、巖幫錨桿預(yù)緊力為300 N·m，煤幫為150 N·m。頂錨索選用礦用錨索，其規(guī)格為Φ18.9 mm×10 000 mm，間排距是1 000 mm、1 600 mm，每排4 根，采用14 支樹脂錨固劑K23/35，預(yù)緊力為180 kN。

1.3 方案三：全長錨固支護(hù)方案

頂板和巖幫錨桿均選用螺紋鋼錨桿，其規(guī)格為Φ20 mm×2 200 mm，錨桿布置成與巷道斷面垂直，間排距是900 mm、900 mm，每排8 根，采用6 支樹脂錨固劑K23/35。煤幫錨桿選用玻璃鋼錨桿，其規(guī)格為Φ27 mm×2 200 mm，錨桿也布置成與巷道斷面垂直，間排距是900 mm、900 mm，每排4 根，采用6 支樹脂錨固劑K23/35；此外，頂板、巖幫及煤幫錨桿預(yù)緊力扭矩均為150 N·m。頂錨索選用礦用錨索，其規(guī)格為Φ18.9 mm×10 000 mm，間排距是1 800 mm、1 800 mm，每排3 根，采用28 支樹脂錨固劑K23/35，預(yù)緊力為180 kN。

2 對比分析

三種不同錨固方式錨桿支護(hù)參數(shù)對比如下頁表1 所示。模擬分析采用不同錨固方式錨桿支護(hù)后巷道的支護(hù)效果，對巷道頂?shù)装逦灰谱兓窟M(jìn)行監(jiān)測，得到下頁圖1 所示的分布圖。從圖1 中對比可看出，對于方案一，巷道頂板位移下沉量為214.6 mm，底板底鼓量為112.6 mm。對于方案二，巷道頂板位移下沉量為194.8 mm，底板底鼓量為128.8 mm，相比于方案一，頂板下沉量降低約20 mm，占比減小10%；底板底鼓量略有增大，約為16 mm，占比增加13%。對于方案三，巷道頂板位移下沉量為124.3 mm，底板底鼓量為148.3 mm，相比于方案一，頂板下沉量降低約90 mm，占比減小42%；底板底鼓量略有增大，約為36 mm，占比增加31%。綜上分析可知，增長錨桿或者錨索的錨固長度，即采用全長錨固方式，可以使巷道頂板的下沉量大幅降低；因?yàn)轫敯寮皟蓭偷奈灰屏坑兴档?，通過無支護(hù)的底板釋放產(chǎn)生的高應(yīng)力，使底板的底鼓量稍有增大。

圖1 不同錨固方式下巷道頂?shù)装逦灰疲╩）分布圖

表1 不同錨固方式的錨桿支護(hù)參數(shù)對比

模擬分析采用不同錨固方式對巷道兩幫位移的影響情況，得到圖2 所示的位移分布圖。

從圖2 中對比可看出，對于方案一，巖幫位移量為115.3 mm，煤幫為172.5 mm。對于方案二，巖幫位移量為116.3 mm，煤幫為125.4 mm，相比于方案一，巖幫位移量增大1 mm，占比增大1%；煤幫位移量降低47 mm，占比減小27%。對于方案三，巖幫位移量為84.6 mm，煤幫為133.4 mm，相比于方案一，巖幫位移量降低約31 mm，占比減小26%；煤幫位移量降低39 mm，占比減小23%。綜上分析可知，增大錨桿或錨索錨固段的長度，尤其是采用全長錨固方式，可大幅降低巷道兩幫的位移量。

圖2 不同錨固方式巷道兩幫位移（m）分布圖

3 結(jié)論

本文以某礦為研究對象，設(shè)計(jì)采用端頭錨固、加長錨固+全長錨固、全長錨固三種不同錨固方式，并對比研究支護(hù)后巷道頂?shù)装寮皟蓭偷奈灰谱兓浚Y(jié)論是：

1）采用加長+全長錨固方式，相比于端頭錨固，頂板下沉量降低10%，底板上鼓量增加13%；采用全長錨固方式，相比于端頭錨固，頂板下沉量降低42%，底板上鼓量增加31%。因此，采用全長錨固方式，可使巷道頂板的下沉量大幅降低。

2）采用加長+全長錨固方式，相比于端頭錨固，巖幫位移量增加1%，煤幫位移量降低27%，采用全長錨固方式，相比于端頭錨固，巖幫位移量降低26%，煤幫位移量降低23%。因此，采用全長錨固方式，可使巷道兩幫位移量大幅降低。