錨桿支護(hù)“三徑”匹配的實(shí)踐與研究

郭咸

摘要：基于錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合錨桿支護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)，分析“三徑”匹配支護(hù)的原理及實(shí)踐特點(diǎn)。錨桿支護(hù)在礦產(chǎn)采掘上的廣泛應(yīng)用，極大地改善了采掘工作面的作業(yè)環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù) ? “三徑”匹配 ?實(shí)踐研究

1 概述

錨桿支護(hù)是現(xiàn)在化煤礦生產(chǎn)的需要，隨著錨桿支護(hù)在平煤股份二礦開(kāi)拓區(qū)礦采掘上的廣泛應(yīng)用，極大地改善了采掘工作面的作業(yè)環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境，為高產(chǎn)高效二礦的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

2 錨桿支護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 錨桿支護(hù)成本低。錨桿支護(hù)作為一種新型巷道支護(hù)形式，其材料成本和運(yùn)輸成本比傳統(tǒng)支護(hù)形式少了很多。錨桿支護(hù)能夠深入圍巖巖體，不占用巷道斷面，有助于節(jié)約支護(hù)成本。而且，這種新型支護(hù)方式安全穩(wěn)定，不必過(guò)多地對(duì)巷道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，這也有效縮減了支護(hù)成本。

2.2 錨桿支護(hù)作用迅速。錨桿支護(hù)所用支護(hù)材料比傳統(tǒng)支護(hù)形式少很多，而且材料質(zhì)量輕，便于運(yùn)輸，能夠有效提高巷道掘進(jìn)速度。除此之外，在回采施工階段，錨桿支護(hù)施工難度小，在一定程度上精簡(jiǎn)了作業(yè)流程，工作量大大減少，巷道掘進(jìn)效率大幅提升。從施工角度來(lái)分析，錨桿支護(hù)流程簡(jiǎn)單，掘進(jìn)后可快速進(jìn)入施工環(huán)節(jié)，而且圍巖支護(hù)支持機(jī)械化作業(yè)，在一定程度上加快了施工進(jìn)度，縮短了工期。

2.3 支護(hù)效果優(yōu)秀。從錨桿支護(hù)機(jī)理來(lái)看，這種新型支護(hù)形式是基于巖石力學(xué)理論和圍巖控制論衍生而來(lái)，是主動(dòng)支護(hù)形式。從支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)分析，錨桿支護(hù)是借助巖體內(nèi)部堅(jiān)硬部分來(lái)加固松動(dòng)的巖體，它是借助巖體本身的支撐力來(lái)架設(shè)支撐結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性和安全系數(shù)要比其他支護(hù)方式更優(yōu)越。

由此可見(jiàn)，錨桿支護(hù)形式不僅節(jié)省材料和成本，而且技術(shù)先進(jìn)，工序簡(jiǎn)單，穩(wěn)固性良好，因此可以作為一種經(jīng)濟(jì)高效的支護(hù)形式推大范圍廣應(yīng)用。但是我們也應(yīng)該了解，相比傳統(tǒng)支護(hù)方式來(lái)說(shuō)，錨桿支護(hù)造價(jià)要高一些，而且在設(shè)計(jì)上還有需要改進(jìn)之處。因此，實(shí)現(xiàn)錨桿支護(hù)“三徑”匹配，提高錨桿安裝預(yù)緊力，保證錨桿支護(hù)質(zhì)量和安全施工，對(duì)開(kāi)掘工作面的施工，包括后續(xù)的采煤工作具有極其重要的意義。

3 錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

近幾年來(lái)，該礦錨桿支護(hù)有了很快的發(fā)展，庚組所有的采掘工作面都是使用的錨桿支護(hù)，己組掘進(jìn)三隊(duì)己15-2070工作面前期頂板完整時(shí)采用的也是W鋼帶與錨桿聯(lián)合支護(hù)，但由于對(duì)缺乏對(duì)錨桿支護(hù)“三徑”技術(shù)的足夠認(rèn)識(shí)，鉆孔直徑、錨桿和藥卷直徑往往達(dá)不到最佳配合比，浪費(fèi)了財(cái)力，支護(hù)質(zhì)量也達(dá)不到預(yù)期。眾所周知，在使用錨桿支護(hù)時(shí)，要提高錨固力，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益，就應(yīng)該合理設(shè)計(jì)鉆孔、錨桿和樹(shù)脂卷直徑的配置參數(shù)。實(shí)際施工過(guò)程中，作業(yè)人員通常根據(jù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)配置這些參數(shù)，嚴(yán)格來(lái)講，這并不科學(xué)，一旦參數(shù)配置不當(dāng)，還可能引發(fā)安全事故。

4 支護(hù)原理

錨桿支護(hù)是各種材質(zhì)桿體的錨桿與樹(shù)脂錨固劑配合進(jìn)行巷道支護(hù)的錨桿支護(hù)技術(shù)。其原理是通過(guò)錨桿將以樹(shù)脂膠泥為基礎(chǔ)的膠粘劑和固化劑（二者完全分開(kāi)）裝進(jìn)鉆孔，然后借助錨桿的旋轉(zhuǎn)和攪拌作用使兩種黃雪物質(zhì)充分混合，推入孔底，使錨固段錨桿在膠粘劑的作用下密切鉆孔孔壁，提高孔壁強(qiáng)度，最后裝設(shè)錨盤，旋緊螺母，支撐起巖體。

5 支護(hù)“三徑”匹配原理

錨桿支護(hù)“三徑匹配”是指鉆孔直徑、錨桿直徑、樹(shù)脂藥卷直徑?！叭龔健敝g協(xié)調(diào)配合，能夠保證樹(shù)脂錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，確?！叭龔狡ヅ洹笔潜ＷC樹(shù)脂錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的首要、必備條件之一。本文以高強(qiáng)應(yīng)力避峰錨桿MSGLW-500為例說(shuō)明錨桿支護(hù)“三徑”的匹配。MSGLW-500高強(qiáng)錨桿因具有高強(qiáng)度、高預(yù)應(yīng)力、能應(yīng)力避峰的優(yōu)越性能，可有效約束高地應(yīng)力、破碎、圍巖的早期擴(kuò)容變形，提高圍巖的自承能力等優(yōu)點(diǎn)在該礦采掘工作中得到了廣泛應(yīng)用，其它類型的錨桿與之類似。

5.1 鉆孔直徑的確定?，F(xiàn)二礦用于開(kāi)掘工作面錨桿支護(hù)使用的鉆具鉆頭主要有28、30、32、34mm三種類型，主要應(yīng)用的鉆孔直徑就是28、30、32、34mm三種，鉆孔直徑應(yīng)主要根據(jù)錨桿直徑、錨桿質(zhì)量、鉆孔成本和鉆孔效率確定。

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圖1是各類鉆孔直徑條件下直徑為20mm的高強(qiáng)錨桿。鉆孔直徑在25～30mm之間時(shí)，孔徑越大，錨桿錨固力越大。鉆孔直徑為30mm時(shí)，錨固力達(dá)到最大值。當(dāng)鉆孔直徑大于32mm時(shí)，錨固力反而逐漸減小。借助試驗(yàn)我們可以進(jìn)行如下分析：采用直徑20mm的錨桿，必須保證鉆孔直徑達(dá)到30mm，才能獲得最大錨固力。采用直徑22mm的錨桿，則必須保證鉆孔直徑達(dá)到32mm，才會(huì)獲得最大錨固力。由此可得出結(jié)論：錨固成本隨著鉆孔直徑的增大而逐漸增加，并且，鉆孔直徑越大，所需時(shí)間越長(zhǎng)。

鉆孔直徑越大，所暴露的缺點(diǎn)越嚴(yán)重。一般來(lái)講，鉆孔直徑越大，鉆孔所用工時(shí)和費(fèi)用就會(huì)有一定程度的增加;而且無(wú)法保證樹(shù)脂卷能夠被錨桿快速刺破，混合劑也可能攪拌不充分，最終都會(huì)降低錨桿力。另外，鉆孔越大，所需樹(shù)脂藥卷越多，施工成本越高。因此，綜合比較之下，鉆孔直徑最好不要超過(guò) 32mm。

5.2 錨桿直徑的確定。對(duì)于錨桿直徑，目前該礦主要采用的錨桿是20、22mm兩種直徑的左旋無(wú)縱筋錨桿。錨桿的直徑和長(zhǎng)度并非越大越好，它們都有極限值。筆者結(jié)合數(shù)次實(shí)踐所得結(jié)論，深入研究“三徑”匹配模式，并由此形成一套合理的方案。錨桿的錨固力隨著直徑的增加而逐漸增大，支護(hù)所需成本也相應(yīng)增加。遂借助試驗(yàn)作如下對(duì)比：鉆孔直徑取28mm，錨固長(zhǎng)度和外部條件一致，以直徑為18mm錨桿支護(hù)成本為基準(zhǔn)，得出表1所示的其他直徑錨桿支護(hù)成本增加的百分比，表2為錨固力增加的百分比。

表1 不同直徑錨桿支護(hù)成本增加百分比（%）

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表2 ?不同直徑錨桿錨固力增加百分比（%）

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將兩個(gè)表格的數(shù)據(jù)進(jìn)行比照后發(fā)現(xiàn)，錨固成本隨著錨桿直徑增大而呈現(xiàn)10%～15%的增幅，錨固力也呈現(xiàn)50%～110%的增幅。兩個(gè)的增幅相差懸殊，后者的增幅比前者高出5～7倍。據(jù)此可知，適當(dāng)增大錨桿直徑能夠取得一定的經(jīng)濟(jì)效果。但在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，還需要綜合各類因素來(lái)確定桿體直徑。比如，要考慮錨桿的支撐力，同時(shí)兼顧技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素。總的來(lái)說(shuō)，就是在不影響錨桿支護(hù)能力的情況下盡量采用經(jīng)濟(jì)合理且技術(shù)可行的技術(shù)參數(shù)。因此，錨桿直徑應(yīng)該是18～22mm。

5.3 樹(shù)脂藥卷直徑的確定。目前，二礦開(kāi)掘工作面使用的樹(shù)脂藥卷主要有2335和2850兩種，分為超快、快速、中速三類，就“三徑”匹配來(lái)說(shuō)，在不影響攪拌質(zhì)量的情況下，盡量選擇直徑較大的樹(shù)脂藥卷。綜合錨桿直徑以及孔徑科學(xué)匹配的研究結(jié)果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：若鉆孔直徑為28mm，建議使用無(wú)縱筋左旋錨桿，直徑控制在20～22mm之間，并且使用直徑23～25mm的樹(shù)脂錨固劑。如果鉆孔直徑是28mm或32mm，則使用樹(shù)脂藥卷直徑為23mm和28mm比較合適。

6 結(jié)論

①錨桿攪拌樹(shù)脂藥卷的均勻度以及裝配錨桿時(shí)的順利程度，主要取決于采用何種直徑標(biāo)準(zhǔn)的錨桿。一般來(lái)說(shuō)，要提高錨桿的錨固力，使其發(fā)揮良好的支護(hù)作用，最好將鉆孔直徑和錨桿直徑之差控制在6～10mm之間。②錨桿支護(hù)成本及錨固力的大小主要取決于鉆孔直徑的大小。當(dāng)錨固長(zhǎng)度一定，采用直徑越大的錨桿，其樹(shù)脂藥卷和支護(hù)費(fèi)用都會(huì)相應(yīng)增加。通常情況下，如果左旋無(wú)縱筋錨桿的直徑為20mm或22mm，要考慮錨固力和經(jīng)濟(jì)效益，建議使用30mm的鉆孔。③樹(shù)脂錨固劑直徑應(yīng)比鉆孔直徑小4～8mm，并且盡可能方便安裝，尤其是頂板安裝錨桿時(shí)，另外樹(shù)脂藥卷的類型對(duì)于錨桿安裝質(zhì)量也起著至關(guān)重要的作用。④在全長(zhǎng)或加長(zhǎng)錨固時(shí)，采用較大直徑的錨桿，其錨固成本基本不變。但是，如果錨桿直徑從18mm增大到22mm，錨固強(qiáng)度會(huì)提高110%，同時(shí)也會(huì)相應(yīng)增加15%的錨固成本。這就是說(shuō)適當(dāng)?shù)丶哟箦^桿直徑，總的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益還是十分可觀的。

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