煤礦錨桿支護應(yīng)用過程中存在問題的分析

劉 宏，張 帥

煤礦錨桿支護應(yīng)用過程中存在問題的分析

劉 宏1，張 帥2

（1．神華烏海能源公司安監(jiān)局；2.神華烏海能源公司生產(chǎn)技術(shù)部，016000）

列舉了錨桿支護的一些常規(guī)概念，設(shè)計制作施工等方面存在的問題，通過理論分析，現(xiàn)場實踐和對材料的檢測檢驗，提出解決問題的方法。

錨固力；拉拔力；預(yù)緊力；預(yù)緊力矩；問題；分析

錨桿支護是當(dāng)前煤礦巷道支護采用的一種有效較為普遍的主動支護方式，由一個抗拉強度高于巖土體的桿體、桿體一端可以和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結(jié)）阻力、桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對巖土體的徑向阻力組成，錨桿作為深入地層的受拉構(gòu)件，它一端與工程構(gòu)筑物連接，另一端深入地層中，整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區(qū)域，其功能是對錨桿施加預(yù)應(yīng)力；錨固段是錨固藥劑體將預(yù)應(yīng)力筋與土層粘結(jié)的區(qū)域，其功能是將錨固體與土層的粘結(jié)摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。由于其具有顯著提高圍巖穩(wěn)定性，成巷速度快，勞動強度低，提高斷面利用率，簡化回采工作面端頭工藝，明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)等條件優(yōu)勢，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。但還存在認識上的模糊以及操作上的不規(guī)范等一些問題。

1 錨固力與錨桿拉拔力

1.1 定義

錨固力是指錨桿對圍巖產(chǎn)生的約束力，分為錨桿工作錨固力和設(shè)計錨固力，錨桿工作錨固力包括初錨力和正常工作時的錨固力，通常說的錨固力指錨桿正常工作時的錨固力。

拉拔力是指阻止錨桿從巖體中拔出的力，分為設(shè)計和檢測拉拔力，通常指設(shè)計拉拔力，其值應(yīng)大于錨桿破斷力。拉拔力通常用于錨桿施工質(zhì)量檢測，其值應(yīng)不小于設(shè)計錨固力。

1.2 錨桿錨固力與拉拔力的區(qū)別

（1）錨桿錨固力是錨桿對圍巖產(chǎn)生的約束力，是限制圍巖變形，起支護作用的力。拉拔力是錨桿錨固后拉拔實驗時，所能承受的極限載荷，反映的是桿體，錨固劑、巖石粘結(jié)到一起后，錨桿破斷或失效的最大拉力。

（2）錨桿錨固力隨著支護圍巖變形，膨脹而增大，是一個動態(tài)并不斷變化的力。錨桿拉拔力是一個固定值，不隨圍巖變形和錨桿受力而改變。

（3）錨桿錨固力檢測使用錨桿測力計，檢測錨固力是為了監(jiān)測錨桿受力狀況。錨桿拉拔力拉測使用錨桿拉力計，檢測拉拔力是為了查驗錨桿桿體，錨固劑、巖石三者之間粘結(jié)程度。

（4）檢查錨桿施工質(zhì)量時，一般檢查錨桿拉拔力。監(jiān)測分析錨桿工作情況時測錨固力，測量錨固力是為了驗證分析錨桿工作情況時測錨固力，測量錨固力量是為了驗證支護的可靠性，為以后修改支護設(shè)計提供依據(jù)。設(shè)計和施工時，必須保證錨桿拉拔力大于桿體破斷力這一基本原則，但常見錯誤是設(shè)計的錯桿拉拔力小于桿體破斷力。

（5）施工、設(shè)計錨桿錨固力與拉拔力經(jīng)常混淆。一方面是由于一些標(biāo)準，教科書說法不一，造成混亂；另一方面對二者內(nèi)涵認識理解有誤，辨識不清。

2 預(yù)緊力和預(yù)緊力矩

2.1 定義

預(yù)緊力也稱錨力，在安裝錨桿（錨索）時，通過擰緊螺母或采用張拉方法施加在錨桿（錨索）上的拉力，單位kN。預(yù)緊力矩是擰緊螺母使螺桿達到設(shè)計預(yù)緊力時，施加到螺母上的力矩，單位N·m。

2.2 預(yù)緊力和預(yù)緊力矩關(guān)系

（1）二者有定性的關(guān)系，通常預(yù)緊力矩越大，預(yù)緊力越大，但非線關(guān)系。

（2）預(yù)緊力是力，是施加在錨桿（錨索）上的拉力，單位kN：預(yù)緊力矩是力矩，施加在壓緊螺母上，單位N·m。

（3）二者測量儀器不同。預(yù)緊力通過錨桿測力計觀測，預(yù)緊力矩則通過力矩扳手觀測。

（4）錨桿施工設(shè)計要求的是預(yù)緊力，而不是預(yù)緊力矩。但在實際施工過程中，由于預(yù)緊力矩測讀方便，且預(yù)緊力隨著預(yù)緊力矩增大，通過直接檢測預(yù)緊力矩就能達到間接檢測錨桿預(yù)緊力的目的。因此，錨桿安裝時通常檢測預(yù)緊力矩。

3 預(yù)緊力的作用和要求

（1）預(yù)緊力能夠發(fā)揮錨桿主動支護作用，特別是在層狀巖層、破壞圍巖條件下，增大預(yù)緊力能夠改變圍巖性質(zhì)，保持圍巖穩(wěn)定，有利于對圍巖支護。

（2）如果頂板圍巖有整體離層冒落的趨勢時，只有預(yù)緊力大于潛在冒落圍巖重量時，才能阻止圍巖離層趨勢的出現(xiàn)和繼續(xù)發(fā)展，才能發(fā)揮錨桿主動支護的作用。

（3）錨桿預(yù)緊力矩越大越好，但由于受錨桿機具限制，往往預(yù)緊力和初錨力都不能達到一個較高的數(shù)值。

（4）錨桿能夠有效發(fā)揮主動支護作用，只有當(dāng)預(yù)緊力達到一定程度后，才能使受支護圍巖層形成組合梁或組合拱的結(jié)構(gòu)。合適的預(yù)緊力范圍應(yīng)該是下限大于被支護圍巖的重量，上限為錨桿屈服強度的70%。

4 錨桿設(shè)計中存在的問題及注意事項

對支護條件的研究不夠，設(shè)計馬虎，生搬硬套，一成不變，是設(shè)計中的主要問題。錨桿設(shè)計時，一般采用懸吊理論來計算錨桿的直徑，這種設(shè)計在礦壓小，圍巖運動方向與錨桿平行的條件下適用，但在高應(yīng)力，圍巖運動方向與錨桿方向不一致時受到限制。要貫徹“動態(tài)設(shè)計”的思想，在滿足通風(fēng)、運輸、行人的前提下，巷道的設(shè)計高度和寬度應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)淖冃瘟?。必須選擇性能穩(wěn)定質(zhì)量可靠的錨桿及其它支護產(chǎn)品。另外不僅要考慮錨桿拉伸強度，還要考慮剪切強度，否則會造成支護強度不夠，產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象。對難維護復(fù)雜條件的支護設(shè)計，必須提高支護強度和支護等級，如大跨度、交叉點、軟弱破碎不穩(wěn)定煤、巖層，應(yīng)采用加長或全長錨固、錨帶索、桁架等聯(lián)合支護方式。

5 錨桿施工過程中存在的問題

（1）錨桿、錨索支護設(shè)計不夠科學(xué)。錨桿、錨索支護設(shè)計時絕大多數(shù)采用工程類比法，支護形式和參數(shù)不盡合理，有可能支護強度太高，造成支護強度過剩，浪費了材料；再者在松、散、軟等特殊地質(zhì)條件下支護強度可能不足，出現(xiàn)片幫、冒頂事故。

（2）錨桿、錨索支護材料的質(zhì)量不能完全達到要求。如鋼材質(zhì)量、加工的螺紋質(zhì)量、樹脂藥卷質(zhì)量均直接影響支護質(zhì)量。

（3）錨桿、錨索支護監(jiān)測儀器與技術(shù)不能滿足現(xiàn)場施工需要。常用儀器的精確度、實用性不盡完善，不能完全真實反映錨桿、錨索支護效果。

（4）對施工條件的變化掌握不夠，不注意觀察頂板巖性、水、斷層及裂隙的變化，造成支護形式、支護強度不能適應(yīng)支護條件的變化。

（5）錨桿眼深控制不到位。錨桿眼過深或過淺，都會造成降低錨桿的有效錨固長度。

（6）初錨力、錨固力的現(xiàn)場檢驗不到位，錨固劑用量，用法不符合設(shè)計，忽視了錨桿（索）的二次緊固。

（7）現(xiàn)有技術(shù)條件下，施工因素是直接影響錨桿、錨索支護質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。施工人員安裝錨桿（索）攪拌后，圖省事，安上就拉，降低了錨桿（索）的預(yù)緊力。對錨桿、錨索支護理論的系統(tǒng)認識不夠，對錨桿安裝質(zhì)量不到位，不能完全按設(shè)計施工。施工中常見的巷道成型差，錨桿托板不切巖面，造成錨桿失效；安裝過程采用的機具、工藝不同，導(dǎo)致臨近錨桿安裝后預(yù)緊力不同，支護阻力增長不同均影響了支護效果。

6 結(jié)論

錨桿支護技術(shù)經(jīng)過不斷的研究、應(yīng)用、發(fā)展，已成為目前礦山支護的主要技術(shù)手段。錨桿支護理論也得到了發(fā)展。但支護中存在著許多問題，主要問題是現(xiàn)場管控不到位，導(dǎo)致支護效果達不到設(shè)計要求，要加強設(shè)計、現(xiàn)場管控。確保錨桿支護技術(shù)得到發(fā)展和提高、以適應(yīng)更加復(fù)雜的地質(zhì)條件。

TD353.6

A

2095-2066（2016）32-0094-02

2016-11-2

劉 宏（1975-），寧夏平羅黃渠橋人，注冊安全工程師、機電助理工程師、初級爆破工程師，1997年參加工作，現(xiàn)任神華烏海能源公司安監(jiān)局主管。