煤礦預應力錨桿支護技術的發(fā)展與應用

康紅普

（1.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部,北京 100013;2.煤炭科學研究總院開采設計研究分院,北京 100013）

煤礦預應力錨桿支護技術的發(fā)展與應用

康紅普1,2

（1.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部,北京 100013;2.煤炭科學研究總院開采設計研究分院,北京 100013）

介紹我國煤礦巷道錨桿支護技術的發(fā)展過程,分析預應力錨桿支護作用機理與影響因素,確定錨桿預應力設計的原則是控制圍巖不出現(xiàn)明顯離層與拉應力區(qū),得出不同錨桿的預應力取值范圍,分析影響錨桿預應力的主要因素。論述預應力錨桿與錨索對支護材料的要求,介紹高強度、高延伸率錨桿與錨索材料力學性能,高預應力施加方法與機具。最后,介紹預應力錨桿與錨索支護在復雜困難巷道中的應用,包括支護形式與支護效果。指出預應力錨桿與錨索支護,必要時進行注漿加固,是一種復雜困難巷道有效的支護形式。

煤礦巷道;錨桿支護;錨索;預應力;發(fā)展;應用

我國大中型煤礦每年新掘進的巷道總長度高達10000km左右,而且 80%以上是煤巷與半煤巖巷,地下巷道工程巨大。煤礦沉積巖層強度低、破碎,絕大部分煤巷受到采煤工作面動壓影響。隨著煤礦開采深度增加,不僅原巖應力高,而且與不斷變化的采動應力疊加,導致高應力、大變形巷道所占比重很大。煤礦特殊地質環(huán)境與生產(chǎn)條件,決定了巷道支護難度大,對支護技術要求高。

煤礦巷道支護經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的發(fā)展過程。國內外實踐經(jīng)驗表明,錨桿支護是煤礦巷道經(jīng)濟、有效的支護技術。不僅提高了巷道支護效果,降低了巷道支護成本,而且十分有利于采煤工作面的快速推進和煤炭產(chǎn)量的提高[1]。目前,錨桿支護技術已成為我國煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護方式。

錨桿支護經(jīng)歷了從低強度、高強度到高預應力、強力支護的發(fā)展過程。通過不斷研究、試驗與推廣應用,逐步認識到預應力在錨桿支護中的重要作用,預應力錨桿支護技術得到大面積推廣應用。本文在介紹煤礦錨桿支護技術發(fā)展過程的基礎上,論述預應力錨桿支護作用機理、預應力參數(shù)設計、預應力支護材料與施工機具,介紹預應力錨桿支護技術的應用情況。

1 煤礦錨桿支護技術的發(fā)展過程

我國煤礦從 1956年開始使用錨桿支護,至今已有 50多年的歷史。錨桿支護首先在巖巷中應用成功,隨后大力推廣應用了以 “三小”為代表的錨噴支護技術,使得錨噴支護成為巖巷的主要支護方式。20世紀 60年代錨桿支護開始在采區(qū)巷道中應用。但是,由于煤巷圍巖比較松軟破碎,又受到采煤工作面動壓影響,圍巖變形大,加之我國早期錨桿支護強度、剛度低,錨桿支護理論、支護材料、施工機具及監(jiān)測儀器等還不成熟,導致煤巷錨桿支護技術發(fā)展緩慢。1990年我國國有重點煤礦煤巷錨桿支護僅為 5%。

從錨桿支護型式的發(fā)展過程看,我國最早采用的主要是機械錨固錨桿和鋼絲繩砂漿錨桿;1974年開始研制和試驗樹脂錨桿,并于 1976年在淮南、雞西、徐州等礦區(qū)進行了井下試驗,取得較好效果;我國還引進和應用了管縫式錨桿、脹管式錨桿等,開發(fā)研制了廉價的快硬水泥錨桿;1996年又從澳大利亞引進高強度樹脂錨固錨桿,并針對我國煤礦條件進行了二次開發(fā)和完善提高?？梢哉f,國外使用過的錨桿支護型式國內基本上都用過。

為了解決煤巷錨桿支護技術難題,在 1991-1995年,國家將煤巷錨桿支護技術列為重點科技攻關項目,完成了 “采準巷道組合錨桿支護技術”、“采準巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護規(guī)范”等一批水平較高的科研項目,研究成果應用于新汶、鐵法、兗州、峰峰、淮南等多個礦區(qū),取得較好的支護效果。到 1995年,國有重點煤礦當年新掘的巷道中,錨桿支護所占比重為 28.19%,其中巖巷占 57.2%,煤巷占 15.15%。在這一階段,雖然煤巷錨桿支護技術取得一定進展,但發(fā)展較慢,主要應用在圍巖條件比較好的巷道。

在“九五”期間,原煤炭部又把煤巷錨桿支護技術列為重點課題進行了攻關研究。特別是1996-1997年我國引進了澳大利亞錨桿支護技術,在邢臺礦務局進行了現(xiàn)場演示,完成了重點科技攻關項目“邢臺礦務局煤巷錨桿支護成套技術研究”,顯著提高了我國煤巷錨桿支護技術水平[1]。開發(fā)出以地應力為基礎的動態(tài)支護設計方法、高強度螺紋鋼錨桿、小孔徑樹脂錨固預應力錨索、頂板離層指示儀、測力錨桿等新技術、新材料、新產(chǎn)品,并應用于煤頂巷道、復合與破碎頂板巷道等困難條件,取得良好的支護效果。

進入 21世紀后,隨著綜采放頂煤、厚煤層一次采全高開采技術的快速發(fā)展和大面積應用,對煤巷錨桿支護技術提出更高要求。煤頂和全煤巷道、大斷面巷道、沿空掘巷及破碎圍巖巷道所占的比重越來越大,支護難度顯著加大。為此,多個礦區(qū)相繼開展了煤巷錨桿支護成套技術研究、試驗與推廣應用,顯著提高了巷道支護效果,降低了支護成本,為礦井安全、高效生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。

2005年以來,為了解決深部高地應力巷道、受強烈采動影響巷道、沿空留巷等復雜困難條件支護難題,我國又開發(fā)出高預應力、強力錨桿與錨索支護技術[2-3]。井下應用大幅度減少了巷道圍巖變形與破壞,巷道支護與安全狀況發(fā)生了本質改變。同時,實現(xiàn)了高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度的“三高一低”的現(xiàn)代錨桿支護設計理念,在保證支護效果的前提下,顯著提高了巷道掘進速度與工效。

到目前為止,國有大中型煤礦的煤巷錨桿支護率達到 60%,有些礦區(qū)超過了 90%,甚至達到100%。我國煤礦已經(jīng)形成了具有中國特色的錨桿支護成套技術體系。該技術深刻改變了礦井的開拓部署與巷道布置方式,對我國礦井建設、煤炭產(chǎn)量與效益的大幅度提高及安全狀況的改善,起到不可替代的重要作用。

2 預應力支護理論

2.1 錨桿支護作用分析

錨桿支護作為圍巖的一種加固技術,與設置在巷道開挖表面、限制開挖邊界位移的各種支護結構（金屬支架,砌碹與混凝土襯砌等）的支護原理有本質區(qū)別。通過對錨桿支護構件作用、加固機理研究,結合圍巖性質的三要素:圍巖強度、圍巖結構和圍巖應力,對錨桿支護的作用有以下共識[3]:

（1）錨桿可不同程度地提高圍巖強度、彈性模量、黏聚力和內摩擦角等力學參數(shù),而且主要是改善圍巖屈服后的力學性質,顯著提高屈服后的強度,改變屈服后圍巖變形特性。

（2）錨桿對圍巖結構面的強度影響很大。通過錨桿提供的軸向力與切向力,提高結構面抗剪強度,阻止結構面產(chǎn)生移動與滑動。通過提高結構面強度,提高節(jié)理煤巖體整體強度、完整性。

（3）錨桿給圍巖施加一定壓應力,改善圍巖應力狀態(tài)。對于受拉區(qū)域,可抵消部分拉應力;對于受剪區(qū)域,通過壓應力產(chǎn)生的摩擦力,提高圍巖的抗剪能力。

2.2 預應力對錨桿支護作用機理

近年來,隨著錨桿支護技術的快速發(fā)展,錨桿支護理論研究也有較大進展。逐步認識到提高錨固體的剛度非常重要,特別是預應力在錨桿支護中的決定性作用。我國煤礦對錨桿預應力重要性的認識主要受美國的影響。美國礦山巷道錨桿預應力一般為 100kN,達到錨桿桿體屈服強度的 50%～75%。高預應力錨桿顯著提高了巷道支護效果與圍巖穩(wěn)定性,大幅度降低了頂板事故[4]。我國較早采用預應力支護技術的典型例子是 1996年以來推廣應用的小孔徑預應力樹脂錨固錨索。不僅因為錨索錨固深度大,更主要的是錨索可以施加較大的預應力,顯著提高了巷道支護效果,擴大了錨桿應用范圍。通過不斷研究與試驗,對預應力錨桿支護機理有了比較深入的認識[5-6]。

（1）預應力錨桿的本質作用在于控制錨固區(qū)圍巖離層、滑動、裂隙張開、新裂紋產(chǎn)生等擴容變形與破壞,保持錨固區(qū)圍巖的完整性,減小錨固區(qū)圍巖強度的降低,在錨固區(qū)內形成剛度較大的預應力承載結構。

（2）錨桿預應力及其擴散對支護效果起決定性作用。不僅要對單根錨桿施加較高的預應力,而且必須通過托板、鋼帶等構件將預應力擴散到圍巖中,護表構件在預應力支護系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

（3）錨桿支護系統(tǒng)存在臨界支護剛度,即使錨固區(qū)不產(chǎn)生明顯離層和拉應力區(qū)所需要支護系統(tǒng)提供的剛度。支護系統(tǒng)剛度小于臨界支護剛度,圍巖將長期處于變形與不穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）錨桿支護對圍巖彈性變形、峰值強度之前的塑性變形及整體變形控制作用不明顯,要求支護系統(tǒng)應具有足夠的延伸率和沖擊韌性,使這類變形得以釋放,避免錨桿拉斷與脆斷。

（5）預應力錨索的作用主要表現(xiàn)在兩方面:一是將錨桿支護形成的預應力承載結構與深部圍巖相連,提高預應力承載結構的穩(wěn)定性,同時充分調動深部圍巖的承載能力;二是錨索施加高預應力,與錨桿形成的壓應力區(qū)組合成骨架網(wǎng)狀結構,主動支護圍巖。

3 預應力參數(shù)設計

3.1 錨桿預應力設計

井下實踐證明,合理的預應力錨桿與錨索支護能夠有效控制離層與滑動,因此,錨桿與錨索預應力設計的原則是控制圍巖不出現(xiàn)明顯的離層、滑動與拉應力區(qū)。借鑒國外的經(jīng)驗,結合國內部分礦區(qū)的試驗數(shù)據(jù),可選擇錨桿預應力為桿體屈服載荷的30%～60%。表 1列出了不同錨桿的預應力取值（桿體屈服載荷的 50%）?？梢?錨桿直徑越大,桿體材質強度越高,要求的預應力值越高。

3.2 錨桿預應力影響因素

目前,錨桿主要是通過擰緊螺母獲得預應力,這種方式的影響因素很多。錨桿預應力不僅與螺母預緊力矩相關,而且還取決于扭矩轉換系數(shù)。影響轉換系數(shù)的因素有:螺母與錨桿螺紋段的摩擦系數(shù),摩擦系數(shù)越大,轉換系數(shù)越小;螺母、墊圈端面的摩擦系數(shù),摩擦系數(shù)越小,轉換系數(shù)越大;錨桿直徑,錨桿越粗,轉換系數(shù)越小。

實驗室在不同端面減摩條件下 （不使用減摩墊片,減摩墊片分別為聚四氟乙烯、1010尼龍、改性 1010尼龍及高密度聚乙烯）,M24螺紋預緊力矩與預應力的關系如圖 1?？梢?預緊力矩與預應力基本成線性關系;在相同預緊力矩下,減摩墊片可使錨桿預應力顯著提高。其中,1010尼龍墊片的減摩效果最為明顯。

表1 不同材質與規(guī)格錨桿的預應力值

圖1 M24錨桿預緊力矩與預應力的對應關系曲線

井下對 φ25mm的錨桿預應力進行了測試,測試數(shù)據(jù)與實驗室測試數(shù)據(jù)對比見表 2?？梢?井下錨桿預應力隨力矩增加逐漸增大,但當力矩超過400N·m時,預應力增加變得緩慢。實驗室錨桿預應力隨力矩增加基本線性增大,隨著力矩增加,實驗室與井下數(shù)據(jù)差值逐步增大。

表2 實驗室與井下實測錨桿預應力對比 （φ25mm錨桿）

導致出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因:一是實驗室采用的錨桿螺紋為標準螺栓,加工精度高,螺母與螺紋間的摩擦力小,扭矩轉換系數(shù)大,預應力高;而井下使用的錨桿,采用滾絲加工工藝,精度低,螺母與螺紋間的摩擦力大,扭矩轉換系數(shù)小,預應力低;二是實驗室試驗條件與井下有較大差別。

3.3 提高錨桿預應力的方法

提高錨桿預應力的技術措施分為兩方面:其一是提高螺母預緊力矩;其二是提高扭矩轉換系數(shù)。

美國、澳大利亞等國家,普遍采用錨桿臺車、掘錨聯(lián)合機組施工錨桿。錨桿鉆機的輸出扭矩大,有的超過 500N·m,能夠保證錨桿的高預應力。國內普遍采用單體錨桿鉆機鉆裝錨桿,這種錨桿鉆機輸出扭矩一般為 100～150N·m,無法實現(xiàn)錨桿的高預應力。為了顯著提高錨桿預緊力矩,措施之一是采用專門的高扭矩螺母擰緊設備 （如大扭矩扳手及扭矩倍增器）;其二是在適宜的條件下,引進、開發(fā)錨桿臺車和掘錨聯(lián)合機組,保證錨桿快速、高質量安裝。

提高扭矩轉換系數(shù)的主要措施是:提高螺紋加工精度等級,降低螺母與錨桿螺紋段的摩擦系數(shù);在螺母與托板之間加減摩墊片,減小螺母、墊圈端面的摩擦系數(shù)。

3.4 錨索預應力

錨索與錨桿相比,具有長度大、破斷載荷高等特點,因此,錨索的預應力應更大。錨索預應力設計的原則為:錨索與錨桿預應力形成的有效壓應力區(qū)相互連接、重疊,形成以錨索為骨架、錨桿為連續(xù)帶的骨架網(wǎng)狀結構[6],對錨桿、錨索之間圍巖起到有效的主動支護作用。

錨索越長、直徑越大、強度越高,施加的預應力應越大。根據(jù)我國煤礦巷道條件、現(xiàn)有錨索規(guī)格及張拉設備,錨索預應力一般應為其拉斷載荷的40%～70%。

4 預應力錨桿支護材料

錨桿支護材料包括桿體、托板、螺母、錨固劑、組合構件、金屬網(wǎng)、錨索等。對于預應力錨桿,支護材料除應符合錨桿的基本要求外,還應滿足以下要求:

（1）錨桿桿體應具有較高的抗拉強度,以便施加較大的預應力。同時,桿體應具有較大的延伸率及沖擊韌性,保證在高預應力狀態(tài)下不破斷。

（2）桿體尾部有利于施加較大的預應力。應優(yōu)化尾部螺紋形狀與幾何尺寸,提高螺紋加工精度,以提高螺母扭矩轉換系數(shù)。

（3）錨桿托板、螺母、球形墊圈、減摩墊圈應與桿體匹配,一方面有利于提高錨桿預應力,另一方面使桿體處于較好的受力狀態(tài),避免桿體處于拉伸、扭轉、彎曲及剪切等不利的組合應力狀態(tài)。

（4）錨索應具有較高的破斷載荷與延伸率,以便施加高預應力,索體不破斷。

（5）托板、鋼帶、金屬網(wǎng)等護表構件的力學性能應與錨桿、錨索相匹配,以實現(xiàn)錨桿、錨索預應力的有效擴散。

為了滿足第 1個條件,開發(fā)出 2個級別的高強度錨桿螺紋鋼筋,力學性能見表 3。對于 φ22mm的 BHRB600型鋼筋,屈服力達 228kN,破斷力達304kN,延伸率達 25%,沖擊吸收功達 50J,實現(xiàn)了高強度、高延伸率及高沖擊韌性。

表3 高強度螺紋鋼錨桿鋼筋的力學性能

針對國內錨桿尾部螺紋加工精度低、質量差等問題,對螺紋幾何形狀與尺寸進行了優(yōu)化,對加工工藝與設備進行了深入研究,在一定程度上提高了螺紋加工精度與質量。

在錨桿托板、螺母、球形墊圈、減摩墊圈的設計及力學性能方面進行了深入研究,優(yōu)化了托板、球形墊圈、減摩墊圈的幾何形狀與尺寸,優(yōu)選了托板與墊圈的材料,基本滿足高預應力錨桿的要求。

在小孔徑樹脂錨固預應力錨索方面,針對原有錨索直徑小、破斷載荷小、延伸率低、預應力水平低等問題,開發(fā)出大直徑、高噸位的錨索[7]。一方面加大錨索索體直徑,最大達 28.6mm,顯著提高了索體的破斷力;另一方面,改變了索體結構,采用 19根鋼絲代替原來的 7根鋼絲 （圖 2）,明顯提高了錨索的延伸率。如 φ22mm的錨索破斷力超過 600kN,索體延伸率接近 7%。此外,開發(fā)出與強力錨索配套的拱形托板,并配調心球墊,改善了錨索受力狀態(tài),使錨索支護能力得以充分發(fā)揮。

圖2 強力錨索結構

5 預應力錨桿支護施工機具

5.1 預應力錨桿

國內外從施工機具方面提高錨桿預應力主要有2種方法:一是提高螺母的擰緊力矩;二是采用錨桿張拉器,給錨桿施加較大的預應力。

提高螺母擰緊力矩的方法有:

（1）采用大扭矩錨桿鉆機 不僅可提高錨桿擰緊力矩,而且可實現(xiàn)錨桿安裝一體化,提高施工速度。如國外普遍采用的掘錨機組 （ABM20）,其錨桿鉆機的扭矩可達 270～380N·m;與連續(xù)采煤機配套的錨桿臺車,大都以液壓為動力,錨桿鉆機的扭矩也達到 300N·m以上。

（2）采用扭矩倍增器 為了提高錨桿鉆機的安裝扭矩,在鉆機上采用扭矩倍增器可成倍增加錨桿螺母的擰緊力矩。扭矩倍增器的扭矩放大倍數(shù)從幾倍到十幾倍不等,可根據(jù)具體條件進行選擇。

（3）采用扭矩扳手 采用大扭矩的預緊扳手擰緊錨桿螺母是提高錨桿預應力的有效手段。國內外目前有多種形式扭矩扳手,按動力源可分為液壓、氣動扭矩扳手;按工作原理可分為旋轉式、沖擊式扭矩扳手。

采用錨桿張拉器,是錨桿獲得高預應力的另一條有效途徑。錨桿預應力與螺母擰緊力矩之間的關系比較復雜,受多種因素影響。采用錨桿張拉器能夠獲得比較大的、確定的預應力,而且使錨桿僅處于拉伸狀態(tài)。但是,錨桿張拉器存在 2個明顯缺點:一是增加了錨桿安裝設備;二是增加了錨桿張拉工序,比較耗時、耗力,影響施工速度。

5.2 預應力錨索

錨索預應力一般通過張拉獲得,是決定錨索施工質量的關鍵工序,張拉設備的技術性能與質量明顯影響錨索支護效果。國內針對小孔徑樹脂錨固預應力錨索特點,開發(fā)出各種型式與規(guī)格的錨索張拉設備,主要包括油泵、張拉千斤頂和液壓切斷器。按油泵動力源不同,可分為手動、電動和氣動式錨索張拉設備。

為滿足高預應力、強力錨索的要求,又研制出與 φ22mm強力錨索相配套的錨索張拉設備。該張拉設備額定壓力為 50MPa,額定張拉力為 450kN,行程為 150mm。

6 預應力錨桿支護技術的應用

預應力錨桿支護技術已在潞安、晉城、山西焦煤、大同、新汶、徐州、淮南、平莊、寧煤、華亭等 20余個礦區(qū)得到推廣應用。應用的巷道條件包括:超千米深井高地應力巷道,深部沿空留巷,極軟巖巷道,破碎圍巖巷道,特大斷面巷道及強烈動壓影響巷道等,涵蓋了我國復雜困難巷道類型。

6.1 預應力錨桿支護形式

根據(jù)巷道圍巖地質與生產(chǎn)條件不同,預應力錨桿支護有多種形式,如圖 3。

圖3 預應力錨桿與錨索支護形式

（1）預應力錨桿支護 僅采用預應力錨桿支護巷道 （圖 3a、圖 3b）,適用于圍巖比較完整的巖石巷道、巖石頂板煤巷等條件。如新汶?yún)f(xié)莊礦1202E運輸巷,埋深為 1200m,屬超千米深井高應力巷道。該巷道沿煤層頂板掘進,直接頂砂質頁巖。采用 BHRB600型、φ25mm、長度 2.4m的強力錨桿,配合強力鋼帶與金屬網(wǎng)的預應力錨桿支護系統(tǒng),解決了深井高應力巷道支護難題[8]。

（2）預應力錨桿與錨索支護 采用預應力錨桿與錨索支護巷道 （圖 3c）,兩者相互配合,充分發(fā)揮各自的作用,共同支護圍巖。不僅提高了錨桿支護效果,而且擴大了錨桿支護適用范圍。這種方式可用于支護頂板、兩幫,甚至可用于底板支護。錨桿與錨索可交錯布置,也可布置在一排。目前,這種支護方式已經(jīng)大面積應用于煤頂和全煤巷道,沿空掘巷與留巷,軟巖巷道,深部高應力巷道,動壓影響巷道及大斷面巷道等多種條件,成為主要的錨桿支護形式。

（3）全預應力錨索支護 巷道頂板、兩幫,甚至底板全部采用預應力錨索的支護方式 （圖3d）,適用于受強烈動壓影響巷道,極高地應力巷道,軟巖巷道等非常困難的條件。如潞安漳村礦有一種掘進與采煤工作面對穿的強烈動壓影響巷道,采用高預應力、全長預應力錨固、短強力錨索 （1 1 9結構,φ22 mm,長度 4.3 m）支護方式,有效控制了圍巖強烈變形[9]。

（4）預應力錨桿、錨索與注漿聯(lián)合加固 當巷道圍巖松軟破碎,錨桿與錨索錨固力不能保證時,預應力錨桿、錨索與注漿聯(lián)合是一種有效的加固技術。注漿可將松軟破碎圍巖粘結,提高圍巖整體強度,同時為錨桿與錨索提供可錨的基礎,保證錨桿與錨索預應力與工作阻力能有效擴散到圍巖中。注漿后采用預應力錨桿與錨索支護,有效控制圍巖擴容變形。如潞安屯留礦針對井底車場松軟破碎圍巖硐室群,采用深孔高壓注漿配合強力錨桿、錨索的加固形式,有效控制了松軟破碎硐室群變形與破壞[10]。

6.2 預應力錨桿支護效果

多個礦區(qū)的井下實踐表明,預應力錨桿與錨索支護,必要時進行注漿加固,是復雜困難巷道一種有效的支護形式。

新汶?yún)f(xié)莊礦超千米深井高地應力巷道,采用高預應力、強力錨桿支護后,巷道圍巖位移降低70%左右,頂板離層降低 90%;淮南謝一礦采用高預應力強力錨桿與錨索支護、單體支柱加強支護配合膏體充填巷旁支護,有效控制了深部沿空留巷在服務期間的變形,圍巖與充填體穩(wěn)定,滿足了安全生產(chǎn)的要求;潞安漳村礦針對掘進與采煤工作面對穿的強烈動壓影響巷道,采用全斷面、高預應力強力錨索支護,巷道兩幫移近量與原支護相比降低90%,而且主要是整體位移,頂板幾乎無離層;潞安屯留礦采用預應力錨桿、錨索及注漿綜合加固技術,有效控制了松軟破碎硐室群圍巖的長期流變,保證了硐室群的長期穩(wěn)定。

7 結論

（1）預應力錨桿支護的本質作用在于控制錨固區(qū)圍巖的離層、滑動、張開裂縫等擴容變形與破壞,保持錨固區(qū)圍巖完整,減小錨固區(qū)圍巖強度降低,在錨固區(qū)內形成剛度較大的預應力承載結構。錨桿預應力及其擴散對支護效果起決定性作用。

（2）錨桿與錨索預應力設計的原則是控制圍巖不出現(xiàn)明顯的離層、滑動與拉應力區(qū)。錨桿預應力可選取桿體屈服載荷的 30%～60%,錨索預應力一般應為其拉斷載荷的 40%～70%。

（3）預應力錨桿應具有較高的抗拉強度、足夠的延伸率及沖擊韌性。桿體尾部螺紋有利于施加較大的預應力。托板、螺母、球形墊圈、減摩墊圈及鋼帶、金屬網(wǎng)等應與桿體匹配,以提高錨桿預應力,改善其受力狀態(tài),實現(xiàn)預應力的有效擴散。

（4）錨桿與錨索施加預應力是決定支護質量的關鍵工序,施加設備的技術性能明顯影響支護效果。應根據(jù)巷道圍巖條件與錨桿、錨索支護形式,選擇合理的施工設備,確保預應力達到設計要求。

（5）預應力錨桿與錨索支護,必要時進行注漿加固,是一種復雜困難巷道有效的支護形式。這種支護方式能夠有效控制了巷道變形與破壞,保持了圍巖穩(wěn)定。

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[8]王金華 .千米深井煤巷圍巖變形特征及其控制技術研究[D].北京:中國礦業(yè)大學,2007.

[9]孫玉福 .潞安礦區(qū)動壓影響巷道錨桿支護技術及應用[D].北京:煤炭科學研究總院,2010.

[10]曹晨明 .松軟破碎硐室群圍巖應力分布及加固技術研究[D].北京:煤炭科學研究總院,2009.

Development and Application of Pre-stress Anchored Bolt Supporting Technology in Coal Mine

KANG Hong-pu1,2
（1.CoalMining&DesigningDepartment,Tiandi Science&Technology Co.,Ltd,Beijing 100013,China;
2.CoalMining&DesigningBranch,China Coal Research Institute,Beijing 100013,China）

By introducing development procedure of anchored bolt supporting in China and analyzing action mechanis m and influence factors of pre-stress anchored bolt,principle of anchored bolt supporting design was confir med that there was no obvious separation and tension stress area in surrounding rock.Pre-stress value range of different anchored boltwas obtained and main factors influencing prestresswere analyzed.Requirement of pre-stress anchored bolt and rope for supporting materialwas discussed.Mechanical properties of anchored boltwith high strength and high extension ratio,and pre-stress forcingmethod and instrumentwere introduced.Application of pre-stress anchored bolt and rope supporting in roadway with complex conditions including supporting model and effect was introduced.Pre-stress anchored bolt and rope,adding grouting for reinforcement if necessary,was an effective supporting manner for roadwaywith complex conditions.

roadway in coalmine;anchored bolt supporting;anchored rope;pre-stress;development;application

TD353.6

A

1006-6225（2011）03-0025-06

2011-03-28

國家科技支撐計劃項目:大斷面煤巷錨桿支護技術與材料研發(fā) （2008BAB36B07）

康紅普 （1965-）,男,山西五臺人,研究員,博士生導師,從事巷道支護理論技術研究工作。

[責任編輯:王興庫 ]