不同錨固方式下錨桿長度參數(shù)的優(yōu)化研究

郝一楠

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦機(jī)掘六隊，山西 大同 037000）

引言

礦井巷道開挖后，巷道四周存在的破碎巖層就喪失了原有的整體性，無法抵抗外部的壓力，這就成為巷道圍巖加固的范疇，此時，通過安設(shè)錨桿，不僅能夠及時加固圍巖，還能提升圍巖的強(qiáng)度和承載力，因此，錨桿支護(hù)能被廣泛應(yīng)用在煤礦巷道中。錨桿支護(hù)圍巖的理論有：一是當(dāng)錨固體進(jìn)入穩(wěn)定的巖體中，借助桿體的支撐力，并通過懸吊作用提高圍巖的強(qiáng)度，進(jìn)而維護(hù)圍巖的穩(wěn)定；二是在巷道支護(hù)中，允許圍巖產(chǎn)生一定的變形，并通過圍巖的自身承載能力，在支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖間實現(xiàn)強(qiáng)度理論；三是對支護(hù)形式及斷面形狀進(jìn)行改變，控制因巖體變形產(chǎn)生的局部破壞情況，保證能夠很好地支護(hù)巷道圍巖[1]。此外，根據(jù)錨固的長度大小，錨桿可分為端頭錨固、加長錨固和全長錨固，其中，對于端頭錨固，其錨固長度要求小于鉆孔深度的1/3，或者小于500 mm；對于全長錨固，其錨固長度要求滿足鉆孔深度的90%；對于加長錨固，其長度大小介于兩者之間[2]，而本文主要分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下，改變錨桿長度對巷道變形的影響分布，進(jìn)而達(dá)到利用錨固長度來控制圍巖作用的目的。

1 不同錨桿錨固方式的介紹

端頭錨固是通過對錨桿體施加預(yù)緊力，利用產(chǎn)生的拉伸力擠壓圍巖，達(dá)到提高圍巖強(qiáng)度、降低圍巖變形的目的。此種方式適用于煤巖完整穩(wěn)定，同時開挖掘進(jìn)對巷道影響比較小的煤巷中[3]。

全長錨固是在最初安裝錨桿后，因圍巖未產(chǎn)生位移，不能與錨固體產(chǎn)生摩擦作用，因此，此時不能對圍巖起到錨固作用；而當(dāng)圍巖產(chǎn)生變形，或者圍巖與錨桿間產(chǎn)生相對位移時，在錨桿的剪應(yīng)力作用下，對圍巖起到約束作用，進(jìn)而避免圍巖發(fā)生橫向變形[4]。

2 不同錨固方式下錨桿長度參數(shù)的優(yōu)化研究

錨桿長度作為錨桿支護(hù)的關(guān)鍵參數(shù)之一，錨桿長度的選取應(yīng)能保證巷道內(nèi)形成的承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且能力強(qiáng)，如果錨桿長度選取偏大，錨桿對錨固體的承載能力作用不明顯；如果選取偏小，會縮小錨固區(qū)的范圍，對巷道圍巖的穩(wěn)定效果也不好，所以，應(yīng)當(dāng)選取合理的錨桿長度范圍。依據(jù)錨桿支護(hù)設(shè)計規(guī)范，錨桿長度大小要大于或等于松動圈范圍，本文以某礦為對象，該礦回采巷道圍巖松動圈大小是1 912 mm，選取不同錨桿長度1 900、2 200、2 500 和2 800 mm。

本文中錨桿間排距是800 mm，分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下，改變錨桿長度對巷道變形的影響分布，為確定不同錨固方式下合理的錨桿長度提供理論基礎(chǔ)。另外，不同錨桿錨固長度選取參數(shù)如表1 所示。

表1 不用錨桿長度研究參數(shù)選取

2.1 端頭錨固下錨桿長度的選取

通過分析端頭錨桿錨固方式下，改變錨桿長度對巷道頂?shù)装逡约皟蓚?cè)幫部變形的影響，得到下頁圖1 所示的變化曲線。

圖1 端頭錨固方式下，不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線

從圖1 可以看出，巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當(dāng)錨桿長度大于2 200 mm 時，巷道巖幫的變形量減小不顯著；當(dāng)錨桿長度大于2 500 mm 時，巷道頂板、煤幫的變形量減小不顯著。因此，綜合分析可知，端頭錨固方式下，巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。

2.2 加長錨固下錨桿長度的選取

通過分析加長錨桿錨固方式下，改變錨桿長度對巷道頂?shù)装逡约皟蓚?cè)幫部變形的影響，得到圖2所示的變化曲線。

圖2 加長錨固方式下，不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線

從圖2 可看出，巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當(dāng)錨桿長度為2 200 mm 時，再增大其長度，對巷道巖幫的作用不顯著；當(dāng)錨桿長度增大至2 500 mm，再繼續(xù)增大，對巷道頂板、煤幫的作用也不顯著。因此，綜合分析可知，加長錨固方式下，巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。

2.3 全長錨固下錨桿長度的選取

通過分析全長錨桿錨固方式下，改變錨桿長度對巷道頂?shù)装逡约皟蓚?cè)幫部變形的影響，得到圖3所示的變化曲線。

從圖3 可知，巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當(dāng)錨桿長度增大至2 200 mm 后，再繼續(xù)增大，對巷道變形量減小不顯著。因此，綜合分析可知，全長錨固方式下，錨桿長度宜選取2 200 mm。

圖3 全長錨固方式下，不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線

綜上分析可知，對于端頭錨固方式，建議巖幫錨桿長度選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度選取2 500 mm，錨固長度均選取700 mm。對于加長錨固方式，巖幫錨桿長度選取2 200 mm，錨固長度選取1 050 mm；頂板、煤幫錨桿長度選取2 500 mm，錨固長度選取1 400 mm。對于全長錨固，錨桿長度選取2 200 mm，錨固長度選取2 100 mm。

3 結(jié)論

為確定最優(yōu)的錨桿支護(hù)方案，進(jìn)而保證巷道開采的安全經(jīng)濟(jì)。本文主要分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下，改變錨桿長度1 900、2 200、2 500 和2 800 mm，對巷道變形的影響分布，結(jié)論是：

1）端頭錨固方式下，巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小，此時，巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。

2）加長錨固方式下，巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小，此時，巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm，頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。

3）全長錨固方式下，巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小，此時，錨桿長度宜選取2 200 mm。