錨桿外部構(gòu)件在深部巷道中的應(yīng)用

孟凡勇

摘 要：本文通過不斷探索錨桿體與外部構(gòu)件匹配技術(shù)，加強(qiáng)巷道礦壓觀測，掌握巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，采取有針對(duì)性的巷道支護(hù)和圍巖控制技術(shù)，取得了較好的支護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：巷道支護(hù) 錨桿支護(hù) 外部構(gòu)件

雙鴨山礦區(qū)隨著開采濃度的不斷增加，巷道圍巖條件也在不斷地變化，壓力逐漸增大，礦壓顯現(xiàn)劇烈，巷道支護(hù)越來越困難。雙礦集團(tuán)不斷研究優(yōu)化巷道支護(hù)，大力發(fā)展錨桿支護(hù)技術(shù)，錨桿支護(hù)率由1995年的50%，發(fā)展到現(xiàn)在的95%以上，錨桿支護(hù)材料巳由原來的木錨桿、倒楔錨桿、管縫錨桿，發(fā)展到∮18-22mm的全螺紋鋼錨桿，錨固力由原來的不足5噸，發(fā)展到7-13噸，目前大部分為端錨，這就要求錨桿的外部構(gòu)件必須與錨桿的支護(hù)能力相匹配，才能充分發(fā)揮錨桿的作用。

1、錨桿外部構(gòu)件作用機(jī)理

錨桿是由桿體、錨固粘結(jié)體和托板三者組成，托板與輔助托板、網(wǎng)、梁等構(gòu)成外部構(gòu)件，其中托板對(duì)錨桿作用的發(fā)揮有重要影響，托板是產(chǎn)生錨托力的主要構(gòu)件，同時(shí)對(duì)剪錨力也產(chǎn)生重要影響。托板通過擠壓圍巖表面提供錨托力，特別是與錨帶、錨梁、網(wǎng)相結(jié)合，形成封閉式的結(jié)構(gòu)，可明顯改善巷道圍巖受力狀態(tài)。對(duì)于端錨錨桿，主要是依靠托板與巖體接觸，壓緊巖石，使圍巖處于三向受力狀態(tài)，阻止圍巖表面破裂和變形。托板受載后將力仁慈給輔助托板、網(wǎng)、梁及錨桿桿體等，又進(jìn)一步約束圍巖破裂和變形，提高圍巖的穩(wěn)定性。特別是在軟弱圍巖中，托板、網(wǎng)梁等外部構(gòu)件的作用更大。對(duì)于全長錨固錨桿，托板也有重要的作用，托板產(chǎn)生錨托力，瑞通過錨托力而對(duì)剪錨力產(chǎn)生影響，但托板損壞后，錨桿仍具有錨固作用。

2、錨桿外部構(gòu)件類型及影響因素

托板及其它外部構(gòu)件的性能與錨桿性能應(yīng)相互匹配，才能充分發(fā)揮錨桿的支護(hù)能力，托板及其它外部構(gòu)件強(qiáng)度不夠，都會(huì)導(dǎo)致巷道不應(yīng)有的破壞，降低錨桿的作用。影響錨桿外部構(gòu)件作用的因素有托板及其它外部構(gòu)件的型式、材質(zhì)、尺寸及圍巖的變形量。

（1）鐵質(zhì)托板

鐵質(zhì)托板一般使用鑄鐵、廢舊工字鋼或U型鋼整平制作，有圓形托板、四方形托板、矩形托板及壓制而成的球面和錐形托板等。托板的尺寸要適中，太大一是不經(jīng)濟(jì)，二是托板承受的載荷過大，太小易鉆進(jìn)圍巖風(fēng)，影響錨桿錨固力。若托板太薄則易被錨桿拉進(jìn)陷入巖體內(nèi)，使邊角離開巖面。三角形托板因尖角處易壓碎巖石故不使用于軟巖，只使用于硬巖。鋼板托板的破壞形式主要是，托板的角易向上翹曲而破壞。平面托板易與巖面呈點(diǎn)接觸，易使巖石壓碎而喪失支承能力。

（2）輔助托板

輔助托板一般使用木質(zhì)、水泥、鎂菱土等材料制作，有圓形托板、四方形托板、矩形托板及壓制而成的球面和錐形托板等。輔助托板的尺寸一般比較大，用于煤巷兩幫及軟巖巷道，墊伏在鐵質(zhì)托板下面增加受力面積，防止托板鉆進(jìn)圍巖內(nèi)，提高錨托力。輔助托板的破壞形式主要是，木質(zhì)托板易壓扁出現(xiàn)裂縫。水泥、鎂菱土托板易壓裂而喪失支承能力。一般用于巷道兩幫壓力不大的巷道。

（3）其它外部構(gòu)件

錨桿其它外部構(gòu)件，包括W鋼帶、錨梁、金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)等。W鋼帶的破壞形式主要是錨帶的邊翹起、變形大而撕裂折斷、銹蝕損壞等。錨梁的破壞形式一般是壓扭、切斷、彎曲、開焊等。金屬網(wǎng)包括經(jīng)緯網(wǎng)、菱形網(wǎng)等，破壞形式主要有銹蝕、從接茬處開裂、放炮等原因引起網(wǎng)格不均勻等。

3、應(yīng)用及觀測分析

（1）頂板支護(hù)形式

①錨桿支護(hù)，使用全螺紋鋼錨桿配鐵托板支護(hù)，托板采用鑄鐵、廢舊工字鋼抽筋或U型鋼整平制作，圓形托板、四方形托板、矩形托板及壓制而成的球面和錐形托板，直徑不小于110mm，使用廢舊工字鋼抽筋或U型鋼整平制作托板時(shí)平面積不小于90cm2。此支護(hù)一般用于頂板較完整的Ⅰ、Ⅱ類圍巖巷道。

②錨梁支護(hù)，在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，沿巷道化傾向加鋼筋梁支護(hù)，鋼筋梁采用Φ12mm以上圓鋼制作，寬度90mm，沿長度方向每800mm焊接一處。此支護(hù)形式一般用于Ⅲ類頂板較完整的巷道。

③錨網(wǎng)帶支護(hù)，采用全螺紋鋼錨桿配鐵托板、W鋼帶、金屬網(wǎng)支護(hù)，一般用于Ⅳ、Ⅴ類圍巖巷道。

（2）兩幫支護(hù)形式

①錨桿支護(hù)，作用全螺紋鋼錨桿、管縫錨桿、預(yù)應(yīng)力鋼絲繩錨桿配鐵托板支護(hù)，此支護(hù)一般用于1.3米及以下煤層的Ⅰ、Ⅱ類圍巖巷道兩幫。

②錨網(wǎng)支護(hù)，在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，為防止煤層片幫，加網(wǎng)封閉圍巖。網(wǎng)采用金屬菱形網(wǎng)、經(jīng)緯網(wǎng)、塑料雙抗網(wǎng)。此類支護(hù)一般用于Ⅲ類圍巖巷道兩幫。

③錨網(wǎng)梁支護(hù)，在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，在托板與網(wǎng)之間沿走向或傾向加鋼筋梁，可增強(qiáng)兩幫抗變形能力。此類支護(hù)一般用于Ⅳ、Ⅴ類巷道兩幫。

（3）支護(hù)要求

要求托板緊貼巖面達(dá)80%以上，避免形成點(diǎn)接觸，造成受力不均勻而影響支護(hù)效果。

（4）礦壓觀測

通過對(duì)9條采準(zhǔn)巷道進(jìn)行不同程度的錨托力觀測得出，二層煤巷道開挖影響階段錨托力變化值上幫為4.7-36.9kN，下幫為5.5-33.8KN，頂板為4.7-35.3KN。均達(dá)到或超過托板承載能力。四層煤巷道開挖影響階段錨托力變化值上幫為6.3-11.2 kN，下幫為1.57-12.3KN，頂板為0.8-15.4KN。均小于托板承載能力，滿足要求。

4、支護(hù)效果

對(duì)同一條巷道，錨桿托板的支護(hù)效果，與巷道不同受力條件及服務(wù)階段有關(guān)。回采引起的圍巖變形量要比掘進(jìn)階段大得多，如東榮二礦-500軌道巷，掘進(jìn)開挖及穩(wěn)定階段兩幫變形量為111mm，頂?shù)滓平繛?1mm，而回采影響階段兩幫移近量為473mm，頂?shù)滓平繛?73mm。巷道是受一側(cè)采支影響，還是受兩側(cè)采動(dòng)影響；是受一次采動(dòng)影響還是受多次采動(dòng)影響，對(duì)巷道的變形破壞影響較大。另外，巷道布置在采空區(qū)上下部，還是布置在煤柱支承壓力帶，是跨采還是留設(shè)煤柱，是留雙側(cè)煤柱還是留單側(cè)煤柱，跨采期間巷道是無煤柱送巷還是留煤柱掘巷，以及掘巷時(shí)上區(qū)時(shí)采空區(qū)穩(wěn)定程度等，都將對(duì)錨桿托板的使用效果產(chǎn)生不同影響。

由觀測分析可知，目前使用的金屬托板，在回采面采過之前，均滿足需要。超載時(shí)均發(fā)生在軌道巷回采面采過之后，這就要求區(qū)段軌道巷中，需要更換承載能力較大的托板，才能滿足安全生產(chǎn)需要。對(duì)于受地質(zhì)構(gòu)造、支承壓力等影響的巷道，鐵托板易引起崩裂損壞。對(duì)于木質(zhì)輔助托板，有一定的壓縮性，能吸收部分變形能，木質(zhì)較差時(shí)，壓縮量小，易引起開裂損壞。水泥、鎂菱土輔助托板，為脆性鋼性支護(hù)材料，在壓力較大的巷道使用較差，易引起斷裂損壞。從使用情況看，木質(zhì)輔助托板優(yōu)于水泥托板，水泥輔助托板優(yōu)于鎂菱土輔助托板。金屬經(jīng)緯網(wǎng)及塑料雙抗網(wǎng)有的地點(diǎn)，易因放炮、變形等引起網(wǎng)格不均，影響支護(hù)效果，金屬菱形網(wǎng)使用效果較好。對(duì)于全錨方式，托板破壞后，錨桿仍起一定作用。

5、結(jié)論及建議

（1）錨桿外部構(gòu)件的使用，必須根據(jù)巷道的服務(wù)年限、階段選擇，并進(jìn)行礦壓觀測優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能使錨桿外部構(gòu)件不斷適應(yīng)各種困難條件下的巷道圍巖控制，推動(dòng)支護(hù)改革發(fā)展，提高安全性及經(jīng)濟(jì)效益。

（2）錨桿鐵托板是錨桿實(shí)現(xiàn)錨固力的關(guān)鍵構(gòu)件，在巷道開挖及穩(wěn)定階段，基本能夠滿足要求，在回采影響及以后，易因錨托力及變形量大等引起破壞，需采用增設(shè)支架或選擇開發(fā)使用高強(qiáng)度的鐵托板，推廣應(yīng)用全錨錨固技術(shù)等方式，確保支護(hù)安全可靠。

（3）木托板要保證材質(zhì)規(guī)格要求才能發(fā)揮效能，水泥托板、鎂菱土輔助托板難以適應(yīng)壓力變形較大的巷道，研制開發(fā)高強(qiáng)度或有一定可縮性、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的輔助托板是發(fā)展方向。

（4）對(duì)于W鋼帶在淋水及服務(wù)年限較長的地點(diǎn)使用時(shí)，要加強(qiáng)檢測，因銹蝕強(qiáng)度達(dá)不到要求時(shí)及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)措施。

（5）對(duì)于金屬及塑料雙抗網(wǎng)，要提高編制質(zhì)量，在條件允許的情況下，采用滯后掛網(wǎng)，迎頭掛網(wǎng)及時(shí)噴漿封閉等方式，防止放炮打壞，影響支護(hù)效果。對(duì)于服務(wù)年限較長的巷道，為防止金屬網(wǎng)銹蝕，需及時(shí)噴漿封閉。endprint