錨桿支護技術發(fā)展現狀與展望

程 續(xù) 張向東 葉文龍

(遼寧工程技術大學土木工程學院,遼寧 阜新 123000)

0 引言

錨桿支護技術在巷道支護中已擁有100多年的發(fā)展歷程，最早是1912年在Xie in erz(Germany)上提出。我國在20世紀50年代開始使用錨桿支護技術，1978年正式推廣，20世紀90年代，我們從澳大利亞引進了更先進的技術，并進行了廣泛的推廣應用[1]。經過多年的研究與應用，錨桿支護技術得到了長足的發(fā)展，成為我國巷道支護的主要形式之一。

1 錨桿支護技術簡介

1.1 錨桿分類

錨桿大體上可以分為金屬錨桿和非金屬錨桿兩類，不同類型的錨桿適用范圍和作用效果是不同的，金屬錨桿有：1)縫管式錨桿；2)漲殼錨桿；3)楔縫錨桿；4)倒楔錨桿；5)脹管式錨桿；6)中空注漿錨桿；7)復合錨固錨桿；8)樹脂錨桿；9)水泥砂漿錨桿；10)水泥錨桿。非金屬錨桿有：1)木錨桿；2)竹錨桿；3)玻璃鋼錨桿[2]。

1.2 錨桿支護機理

在進行巷道開挖時，巖體的應力平衡狀態(tài)會遭到破壞，應力場重新分布，為了防止巷道發(fā)生坍塌保持其穩(wěn)定性需在掘進后進行支護。錨桿加固技術是一種柔性加固技術，其實質是通過巖石和土壤的承載力，使巖體的穩(wěn)定性得到提高。同時加固體不被破壞[3]，對圍巖的作用主要是組合梁作用和擠壓加固拱作用[4]。

1.3 錨桿支護特點

1)支護成本低。與傳統(tǒng)技術相比，錨桿技術在材料利用方面具有很大的優(yōu)勢，有效地減少了巷道支護材料投資和運輸，大大降低了支撐材料的成本[5]。錨桿支護不需要占用太多空間，不占用巷道的工作段，所以在開挖巷道時，隧道斷面可以適當減小，可以減少開挖工作，有效降低開挖費用[6]，同時由于支護面積縮小和錨桿支護的穩(wěn)定性好使得維護成本也得以降低。

2)施工難度低。由于錨桿支護中使用的材料較少，材料運輸的工作量大大減少，施工進度明顯加快，這為加速掘進創(chuàng)造了相當便利的條件[6]。在采礦過程中，因為所用原料的減少，在支撐過程中，施工難度會降低，同時保證了采礦的安全性，顯著降低礦工的工作量。錨桿支護結構簡單，勞動強度低。它可以緊跟開挖面，為提高開挖速度提供了有力的保障[6]。

3)支護作用迅速。與傳統(tǒng)的支撐方法相比，在錨桿支護中使用的源料較少，并且可以機械化施工。在隧道開挖中，它顯著加快了運輸速度，提高了支護的效率。錨桿支護的施工工藝簡單、方便，可在掘進之后立刻進行施工，在快速掘進過程中對圍巖支護進行機械化施工是非常有利的[5]。

4)支護效果顯著。錨桿支護的支撐原理是主動支護。施工后，錨桿可以在圍巖的深部加固，它可以快速地構造一個完整的承載結構，利用周圍巖石的自身強度，達到充分施展圍巖自承載力的目的，它在巷道圍巖的安全性和穩(wěn)定性方面有著積極的作用[6]。

2 我國錨桿支護技術發(fā)展現狀

我國錨固技術的應用時間并不長，早在100多年前，國外就已經采用了錨桿支護技術。國內發(fā)展相對較晚，直至20世紀的中后期我國的一些礦山中才開始大量使用該項技術。與國外相比，我國的錨桿支護技術經歷了起步、攻關、消化、推廣四個階段。1)在20世紀80年代中后期，通過對煤礦錨桿的應用研究，研究了錨桿技術的基礎。2)從1991年到1995年，作為重點推廣項目進行了深入的研究，并逐步應用于各種類型的煤礦；3)1996年—1997年的引進和消化階段，引進先進技術和國外錨桿支護理論后，我國開始結合本國國情和實際工程要求進行自主研發(fā)，形成了擁有自主產權的錨桿支護技術；4)從1998年到現在，錨桿技術處于推廣階段，采用錨桿支護的比例一直在上升，且已經走在了世界前列[7]。

3 錨桿支護技術存在的問題

我國在礦山開采和隧道建設工程中大量使用錨桿進行支護，錨桿技術日益成熟但仍然存在著一些亟待解決的問題。

1)錨桿支護理論不夠完善。目前，我國錨桿支護的計算主要還是以傳統(tǒng)的懸吊、組合梁、加固拱原理計算得出，該理論最初的設計原理能滿足一般巷道支護要求，但在某些特殊的工程中無法滿足要求。

2)在研究錨桿支護理論時沒有將理論與實踐結合起來。工程設計、施工過程等對錨桿的支護效果有著很大的影響，也必須對這些方面進行研究，目前缺少對該領域的深入研究[3]。

3)監(jiān)控系統(tǒng)不夠科學和完善。監(jiān)測在工程施工中起著重大作用，可及時發(fā)現工程隱患，為技術的改進提供依據，但目前在錨桿支護領域缺少完整配套的監(jiān)測體系和設備。

4 錨桿支護技術發(fā)展的展望

經過60多年的發(fā)展，我國錨桿支護技術已經有了飛躍式的發(fā)展和巨大的成就，但仍有一些問題值得繼續(xù)深入研究：

1)加強圍巖的地質力學環(huán)境試驗和分析，包括應力分布、相互作用、圍巖的結構和圍巖的強度，對圍巖的物理力學性質還需進行深入的研究和分析[2]。

2)錨桿支護理論還需進行深入的研究。錨桿支護技術的理論有很多，但是在實際工程中這些理論的應用性較差，所以有必要加強對于錨桿支護理論的研究，同時積極同國外專家合作，吸收國外的先進理論。

3)加強錨桿防腐技術的研究。由于錨桿長期埋藏于地下，在地下環(huán)境的影響下容易產生銹蝕，為提高錨桿的使用壽命應進行錨桿防腐以及預應力錨索在沖擊、地震、變壓、凍結、高溫等特殊條件下的錨固穩(wěn)定性的研究；對現有的防腐技術進行改進，研發(fā)出新型高效的防腐技術[8]。

4)開發(fā)新的支護材料。目前我國的錨桿在生產過程中缺乏相應的檢驗和監(jiān)督。因此，必須嚴格審查錨桿生產的質量，進一步提高錨固材料的性能，研究擁有更高性能的新型錨桿[6]。研究開發(fā)新型樹脂錨固劑，提高其強度和剛度，增加圍巖與錨桿之間的粘結強度，使錨桿盡早預緊，滿足快速加載的要求[9]。

5)加強技術人員的培訓。所有的技術和設備都需要由人來操作。只有提高人的綜合素質，才能保證施工質量。所以，對我國從事錨桿支護技術的施工人員進行有效的培訓是相當重要的，這有助于我國錨桿支護技術的長遠發(fā)展。

5 結語

幾十年以來，我國的錨桿支護技術在不斷發(fā)展中取得了驚人的進步，在各種工程實踐中也取得了成就，但是仍然有一些我們亟待解決的問題，諸如：錨桿支護理論不夠完善；監(jiān)控系統(tǒng)不夠科學和完善等，未來我國錨桿支護技術發(fā)展中應當重點加大對錨桿支護機理、錨桿支護監(jiān)測系統(tǒng)等方面的研究，除了改進現有技術，還應開發(fā)一些新技術，為煤礦和隧道建設提供有效的技術支持[10]。

[1] 白孝功.試論錨桿支護技術存在的不足及發(fā)展前景[J].現代經濟信息,2014(5):324.

[2] 康紅普.我國煤礦巷道錨桿支護技術發(fā)展60年及展望[J].中國礦業(yè)大學學報,2016,45(6):1071-1081.

[3] 吳 峰.錨桿支護技術的發(fā)展與應用[J].科技創(chuàng)業(yè),2016(21):115-116.

[4] 薛鳳強.談煤礦巷道錨桿支護技術應用及發(fā)展[J].工業(yè)技術,2012(4):105.

[5] 張俊福.錨桿支護技術的發(fā)展及特點[J].山西煤炭管理干部學院學報,2013,26(3):32-33.

[6] 刁先鋒.淺議錨桿支護技術[J].機電工程技術,2015,44(7):221-222.

[7] 蔡躍章.淺談煤礦錨桿支護技術現狀與展望[J].科技與企業(yè),2014(19):107.

[8] 和樹棟.錨桿支護技術現狀及發(fā)展方向探討[J].現代礦業(yè),2015(5):149-151.

[9] 徐萬軍．淺談我國煤礦錨桿支護技術的現狀與發(fā)展[J].煤礦天地,2009(4):12-16.

[10] 吳建平.試析煤礦錨桿支護技術現狀與發(fā)展[J].科技與創(chuàng)新,2015(11):122-124.