礦山破碎巷道水壓膨脹錨桿加固支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用

吳振宇，武志明，馮瑞軍，趙傳卿，牟召倫，王海波

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦； 2.北京伊勒派斯科技有限公司)

引 言

中國許多重要的金屬礦產(chǎn)資源都是通過地下開采的方式獲得的，大多數(shù)的有色金屬礦山和黃金礦山均為地下開采礦山。隨著淺部資源的逐年回采和消失，以及現(xiàn)有部分露天礦山逐步轉(zhuǎn)入地下開采，礦山地下開采的比例越來越大。經(jīng)過幾十年的大規(guī)模開采，目前很多地下開采礦山均已進(jìn)入深部開采或即將進(jìn)入深部開采。隨著開采深度的不斷增加，地質(zhì)條件惡化，破碎巖體增多，地應(yīng)力明顯顯現(xiàn)。在深部高應(yīng)力的條件下，圍巖具有產(chǎn)生大變形的內(nèi)外部條件，圍巖的過量變形將會(huì)產(chǎn)生大量的破碎、巖層移動(dòng)、巷道底鼓、片幫、冒頂、斷面收縮、支架破壞、采場塌落等[1-3]，圍巖必須通過有效支護(hù)才能防止過量變形而引起的破壞。

現(xiàn)有工程中，一般采用管縫式錨桿、水泥砂漿錨桿、漲殼式錨桿、樹脂錨桿、長錨索等進(jìn)行預(yù)應(yīng)力支護(hù)[4-5]。但以上傳統(tǒng)支護(hù)方式都或多或少存在預(yù)應(yīng)力小、被動(dòng)支護(hù)、抗拉拔力小、點(diǎn)接觸受力、施工工藝復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率不高等問題[6-9]。錨桿的作用機(jī)理主要是將桿體與巖體間的錨固力、黏結(jié)力及摩擦力轉(zhuǎn)化為錨桿體對巖體的軸向壓力，從而對巷道圍巖塑性區(qū)的巖體進(jìn)行錨拉與懸吊，形成圍巖自身承載拱，增加硐室的承載力[10-13]。而水力式膨脹錨桿(又稱“水壓膨脹錨桿”)是一種較為新型的錨桿，它通過高壓充液，使自身擴(kuò)體，不但對圍巖巖體沿徑向產(chǎn)生錨拉與懸吊作用，而且環(huán)向?qū)鷰r施壓，使部分巖體恢復(fù)到或接近原始三向受力狀態(tài)，從而減少圍巖塑性區(qū)，進(jìn)一步發(fā)揮圍巖自身承載拱作用，大大增加了硐室的承載能力[14-17]。

1 工程概況

山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦(下稱“三山島金礦”)是山東黃金集團(tuán)有限公司的主體礦山之一，礦區(qū)位于城山公路西側(cè)400 m，其中，新立礦區(qū)位于城山公路西側(cè)新立村境內(nèi)，地處膠東半島西北部的萊州灣濱海平原地帶，其北、西兩面瀕臨渤海，僅東南與陸地相連。地勢低洼而平坦，地面海拔標(biāo)高一般為1.2～4.5 m，礦區(qū)內(nèi)最高峰為三山島，海拔為67.3 m。新立礦區(qū)坐標(biāo)為東經(jīng)119°56′15″～119°57′00″，北緯37°23′15″～37°24′00″，地理位置優(yōu)越，毗鄰渤海萊州灣畔東岸，位于山東省萊州市三山島特別工業(yè)區(qū)——渤海經(jīng)濟(jì)圈的黃金地帶；地勢較為平坦，水陸交通十分便利。新立礦區(qū)為地下開采的濱?；鶐r金屬礦山，礦體與海水間有隔水帶、第四系、風(fēng)化帶等進(jìn)行隔離，主要礦體距海平面200～2 000 m。

目前，三山島金礦普遍采用管縫式錨桿進(jìn)行巷道臨時(shí)支護(hù)，采用樹脂錨桿作為永久支護(hù)材料。管縫式錨桿支護(hù)存在錨桿抗拉拔力偏小、錨桿易腐蝕的情況。三山島金礦地下水呈弱酸性，礦巖中含有大量的硫化物，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后提高了地下水的酸性，從而使地下水的腐蝕性更強(qiáng)?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在三山島金礦部分地段支護(hù)的金屬管縫式錨桿腐蝕極其嚴(yán)重，而腐蝕后的錨桿各種性能極大地減弱，不能有效維護(hù)巷道穩(wěn)定，甚至完全失去作用。而從現(xiàn)場巷道破壞后的錨桿破壞形式來看，有些錨桿從中部發(fā)生斷裂，只有部分?jǐn)嗔训腻^桿和圍巖一起垮落；此外，調(diào)查還發(fā)現(xiàn)部分管縫式錨桿由于發(fā)生腐蝕或銹蝕，錨桿尾部的托盤處發(fā)生斷裂，導(dǎo)致托盤失效，進(jìn)而使金屬網(wǎng)脫落，巷道圍巖也發(fā)生垮冒。此外，對于三山島金礦高應(yīng)力破碎圍巖的地質(zhì)條件，由于樹脂錨桿錨固形式為端頭錨固，端頭的錨固質(zhì)量決定了錨桿能提供的實(shí)際錨固力大小。因此，樹脂錨桿端頭應(yīng)安裝至頂板穩(wěn)定巖層中，而對于破碎圍巖，端頭錨固所能提供的錨固力會(huì)減弱，使得實(shí)際支護(hù)阻力難以達(dá)到設(shè)計(jì)的錨固力，影響錨固效果。

從三山島金礦巷道支護(hù)中存在的問題可以看出：現(xiàn)有的支護(hù)技術(shù)不能有效控制地壓，傳統(tǒng)的支護(hù)方式與支護(hù)材料不能滿足深部開采的需要，現(xiàn)場錨桿支護(hù)參數(shù)與巖體穩(wěn)定性狀態(tài)不匹配，不能形成錨網(wǎng)與巖體的有效支護(hù)整體，也發(fā)揮不了錨網(wǎng)對巖體的擠壓而形成拱形壓縮擠壓帶；現(xiàn)用管縫式錨桿端頭破壞后錨固力不足，不能有效錨固并懸吊破碎冒落圍巖或形成有效擠壓拱；巖體及地下水腐蝕作用較強(qiáng)，現(xiàn)用金屬錨桿易被腐蝕而失去有效支護(hù)作用，導(dǎo)致巷道易發(fā)生變形垮冒。

因此，對于三山島金礦高應(yīng)力破碎礦巖，傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)和支護(hù)材料不能有效控制地壓，應(yīng)以充分利用圍巖的自穩(wěn)能力為原則，研究新的支護(hù)方法和支護(hù)材料。

1.1 礦區(qū)礦體特征

礦區(qū)現(xiàn)保有39個(gè)礦體，分為①號、②號、③號、⑤號、⑦號、⑧號礦體群。①號礦體群分布于主斷裂帶(F1)下盤緊靠主裂面的黃鐵絹英巖化碎裂巖帶中，②號礦體群賦存于①號礦體群下的絹英巖化碎裂巖帶內(nèi)的黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖中，③號、⑤號礦體群賦存于蝕變帶下盤外帶(黃鐵絹英巖化花崗巖帶)內(nèi)，⑦號礦體群賦存于主裂面上盤0～65 m的絹英巖化碎裂巖帶內(nèi)，⑧號礦體群分布于主裂面上盤約600 m處，規(guī)模較小。

①-1號礦體為礦區(qū)內(nèi)最大礦體，其礦石量占礦區(qū)總礦石量的86.8 %，金金屬量約占礦區(qū)總金金屬量的85.5 %。該礦體展布于171勘探線—S56勘探線，分布于F1主斷裂帶以下的黃鐵絹英巖化碎裂巖帶頂部或中上部，賦存標(biāo)高-10～-1 824 m。礦體呈較穩(wěn)定的大板狀，工程控制走向延長一般2 450～3 400 m，最長3 952 m；傾向延伸一般為200～1 600 m，最大延伸2 165 m。礦體賦存于主裂面下0～60 m的黃鐵絹英巖化碎裂巖帶中，產(chǎn)狀嚴(yán)格受新立—三山島斷裂帶控制。三山島段礦體走向16°～48°，平均走向33°，傾角32°～57°，平均42°;由北向南，礦體傾角有逐漸變陡的趨勢；由淺至深，礦體傾角有逐漸變緩的趨勢。新立段礦體走向37°～89°，平均走向71°，傾向南東，傾角30°～65°，多為40°～55°，平均52°，但在新立段南段159勘探線—171勘探線，礦體走向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，走向約17°，淺部礦體局部傾向北西，傾角70°～80°；深部礦體走向北東，傾向南東。礦體形態(tài)整體呈大脈狀，局部呈似層狀和透鏡狀，形態(tài)較簡單。沿走向、傾向呈舒緩波狀展布，變化程度沿走向較傾向大。礦體具膨脹狹縮、分支復(fù)合現(xiàn)象，分支礦體發(fā)育。

礦體厚度 0.92～44.29 m，單工程平均厚度12.90 m，厚度變化系數(shù)81.2 %，屬厚度變化較穩(wěn)定型礦體。礦體沿走向呈兩頭厚大、中間薄的變化特點(diǎn)；在傾向上表現(xiàn)為上部厚大、下部變薄的趨勢，西部95勘探線—171勘探線-600 m以上區(qū)域基本被大于10 m的厚大礦體所占據(jù)。-700～-1 000 m的中部，三山島段礦體厚度依然厚大，新立段礦體明顯變薄。

礦體單樣金品位最小值0.05×10-6，最大值163.89×10-6；單工程金品位1.03×10-6～23.89×10-6，平均3.00×10-6，品位變化系數(shù)167.5 %，屬有用組分分布不均勻型礦體。

三山島及新立采礦權(quán)主要開采對象均為①-1號礦體，其已開采區(qū)位于67勘探線—S16勘探線-165～-680 m(新立采礦權(quán))及S16勘探線—S56勘探線-50～-600 m(三山島采礦權(quán))。

1.2 新立-560 m西南巷地質(zhì)概況

新立-560 m水壓膨脹錨桿試驗(yàn)區(qū)巖性主要是絹英巖化花崗巖，主要礦物成分是石英、絹云母、長石等，巖石較為破碎，偶爾可見滴水、淋水。根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及礦體賦存條件，節(jié)理裂隙發(fā)育規(guī)律調(diào)查，礦區(qū)地應(yīng)力測量和礦巖巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果等，選擇Q分級和RMR分級2種方法進(jìn)行巖體質(zhì)量分級。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，該區(qū)域巖體質(zhì)量評價(jià)結(jié)果為：Q值為1.27，為Ⅲ級巖體；RMR值為41.4，為Ⅲ級巖體。因此，確定該區(qū)域的巖體質(zhì)量等級為Ⅲ級。

2 水壓膨脹錨桿作用機(jī)理及技術(shù)優(yōu)勢

2.1 結(jié)構(gòu)及作用機(jī)理

水壓膨脹錨桿是該支護(hù)系統(tǒng)的主體元件，由桿體、閥體等部件組成(見圖1)，通過加壓膨脹為頂板(護(hù)坡時(shí)為巖體)提供強(qiáng)大摩擦力和支撐力。水壓膨脹錨桿的桿體由高強(qiáng)度、高彈性鋼管制成，沿管全長有一條開縫，管的上端是錐體，管的下端焊有一個(gè)用鋼板制成的圓環(huán)。桿體壁厚為2～4 mm，水壓膨脹錨桿直徑一般為35～38 mm，鉆孔直徑一般為40～42 mm，錨桿直徑比鉆孔直徑小2～5 mm，長度可根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行加工，開縫寬度一般為5～10 mm。水壓膨脹錨桿可以不用錨桿錘就可輕松嵌入已施工的鉆孔中，通過加壓膨脹給鉆孔巖壁以強(qiáng)大的預(yù)應(yīng)力，使錨桿與孔壁之間產(chǎn)生徑向擠壓應(yīng)力，并與巖壁之間形成強(qiáng)大的摩擦力，使桿體牢固地脹撐在鉆孔內(nèi)。桿體與孔壁的摩擦力便成為錨固力，甚至使松動(dòng)區(qū)巖石裂縫閉合，集懸吊作用、組合梁作用、組合拱作用于一體，對井下采空區(qū)頂板形成強(qiáng)大的支撐作用。

圖1 水壓膨脹錨桿

水壓膨脹錨桿內(nèi)部水腔中被注入高壓水(或其他能凝固的漿體，如高水材料、膨脹水泥等)，可為桿體提供壓力，相當(dāng)于一次性的液壓千斤頂，在10～15 MPa 壓強(qiáng)下，桿體將沿徑向擴(kuò)張并給孔壁柱750～1 850 kN的壓力，將桿體牢牢地?cái)D壓在孔壁上，大大增加桿體與圍巖的摩擦力，達(dá)到220～550 kN，基本接近錨桿材料的抗拉強(qiáng)度。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢

以長1.8 m的水壓膨脹錨桿為例，在10～17 MPa壓強(qiáng)下，錨桿將沿四周擴(kuò)張并給巖壁750～1 850 kN的壓力，錨桿與巖壁形成強(qiáng)大的摩擦力，經(jīng)試驗(yàn)證明，可達(dá)到100～300 kN的抗拉拔力(巖石性質(zhì)不同，摩擦系數(shù)不同)，抗拉拔力能接近錨桿材料的極限抗拉強(qiáng)度，而一般的管縫式錨桿抗拉拔力為15～30 kN。水壓膨脹錨桿的強(qiáng)大預(yù)應(yīng)力會(huì)使頂板裂隙閉合，使松散巖石不致掉落，并形成組合拱支撐頂板，根據(jù)巖石條件錨桿網(wǎng)度可以大幅度降低，并可以將水壓膨脹錨桿加長使用。傳統(tǒng)錨桿一般為1.8 m，水壓膨脹錨桿可以根據(jù)需要加工成2.5 m、3.0 m或更長。若錨桿長大于3.0 m時(shí)，可以將錨桿分成多節(jié)加工，進(jìn)行組合連接，可以達(dá)到十幾米或更長，內(nèi)部充壓介質(zhì)更換為能凝固的漿體(如高水材料)，就會(huì)起到長錨索的作用。水壓膨脹錨桿也可以與傳統(tǒng)的管縫式錨桿搭配使用，會(huì)起到更好的組合拱作用。水壓膨脹錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)支護(hù)方式相比具有以下特點(diǎn)：

1)水壓膨脹錨桿為主動(dòng)給力支護(hù)，在巖石未形成二次變形或應(yīng)力重新分布之前就提供了強(qiáng)大的支撐力。

2)安裝簡單、靈活、省力。

3)主動(dòng)提供強(qiáng)大支撐力和摩擦力。

4)可以根據(jù)井下工程需要，加工為長度不等的錨桿。

5)水壓膨脹錨桿可以加工成多節(jié)，連接后注入能凝固的漿體(如高水材料)后，會(huì)達(dá)到與長錨索同樣的效果和作用。但施工要比長錨索簡單，支護(hù)效果也比長錨索效果好，勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低，工作效率大幅度提高。

6)該支護(hù)和支護(hù)帽一樣屬于柔性支護(hù)，更適用于地壓較大的深井支護(hù)，對防止深井巖爆或巖崩，以及安全生產(chǎn)具有重大意義。

3 巷道水壓膨脹錨桿支護(hù)數(shù)值模擬

本次數(shù)值模擬以三山島金礦實(shí)際地質(zhì)條件為依據(jù)，建立三山島金礦巷道數(shù)值模型。針對可影響支護(hù)效果的錨桿排距和錨桿間距2種因素，利用Flac3D軟件，對不同方案分別進(jìn)行數(shù)值模擬研究，從頂板圍巖應(yīng)力、變形、塑性區(qū)等幾個(gè)方面，分析不同支護(hù)方案對頂板的支護(hù)效果。

3.1 數(shù)值計(jì)算模型建立

模型尺寸長×高×寬為60 m×43 m×20 m，以巷道斷面形狀進(jìn)行具體建模，由于巷道斷面為三心拱形，因此通過Extrusion拉伸建模的方式建立三維模型。巷道斷面為三心拱形斷面，凈寬4 600 mm，墻高2 500 mm。在巷道周圍對網(wǎng)格進(jìn)行加密，提高應(yīng)力、位移等礦壓顯現(xiàn)數(shù)據(jù)的精度。數(shù)值模型三維視圖及網(wǎng)格劃分見圖2。

圖2 數(shù)值模型三維視圖及網(wǎng)格劃分

從礦山巖體工程的宏觀范圍考慮，采用摩爾-庫侖屈服條件和相關(guān)聯(lián)流動(dòng)準(zhǔn)則。摩爾-庫侖模型(Mohr-Coulomb Model)能夠反映巖土材料不同抗壓強(qiáng)度的S-D效應(yīng)及對正應(yīng)力的敏感性，適用于脆性和塑性巖體的剪切破壞，但理想的彈塑性本構(gòu)模型與巖體的實(shí)際力學(xué)行為存在差別。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)與井巷工程理論，計(jì)算模型邊界條件上部為垂直荷載邊界，其余各側(cè)面和底面為法向約束邊界，計(jì)算時(shí)按原巖應(yīng)力場考慮。為了清除邊界效應(yīng)，模型范圍取開挖巷道跨度的3～5倍。巷道圍巖視為各向同性均質(zhì)巖體，巖層材料采用Mohr-Coulomb 屈服準(zhǔn)則，大應(yīng)變變形模式。模型的上邊界條件可簡化為模型上方一定的地層壓力作用，左、右兩邊邊界有水平應(yīng)力，模型的底邊界和左、右邊界采用零位移邊界條件。數(shù)值模擬巖體力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 數(shù)值模擬巖體力學(xué)參數(shù)

在Flac3D軟件中有錨索單元和樁單元2種單元來模擬錨桿。錨索單元通過結(jié)構(gòu)單元和巖體之間的摩擦及自身的強(qiáng)度提供承載力，且只能承載軸向的拉伸和壓縮載荷。通常情況下，錨索單元適合模擬徑向錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿，這類錨桿主要提供軸向承載力。樁單元與錨索單元的不同在于除了可以提供軸力外，還可以承載彎矩。其承載能力大小與結(jié)構(gòu)單元和巖體之間的摩擦,以及結(jié)構(gòu)單元的強(qiáng)度、剛度和橫截面積有關(guān)。根據(jù)Flac3D軟件內(nèi)置結(jié)構(gòu)單元的特點(diǎn)，采用樁單元模擬水壓膨脹錨桿，對錨桿的支護(hù)效果進(jìn)行對比分析。

3.2 計(jì)算結(jié)果與分析

3.2.1 不同錨桿排距巷道圍巖穩(wěn)定性分析

對巷道進(jìn)行水壓膨脹錨桿支護(hù)，每排布置5根錨桿，錨桿間距為2.0 m，錨桿排距分別為1.0 m、1.3 m、1.5 m、2.0 m，研究錨桿排距對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。

1)垂直位移比較分析。不同錨桿排距下，巷道垂直位移云圖見圖3。由圖3可知：減小錨桿排距能顯著降低頂板下沉量，錨桿排距為2.0 m時(shí)，頂板最大下沉量為27.6 mm；錨桿排距減小為1.5 m時(shí)，頂板最大下沉量為24.5 mm，效果明顯；錨桿排距為1.3 m時(shí)，頂板最大下沉量為23.9 mm；錨桿排距為1.0 m時(shí)，頂板最大下沉量為23.5 mm，說明再減小錨桿排距，對抑制頂板下沉效果有限。

圖3 不同錨桿排距垂直位移云圖

2)塑性區(qū)比較分析。不同錨桿排距塑性區(qū)云圖見圖4。由圖4可知：隨著錨桿排距的減小，塑性區(qū)范圍明顯減小，錨桿錨固位置幾乎不發(fā)生塑性破壞，說明水壓膨脹錨桿能夠?qū)鷰r起到較好的加固作用，將圍巖“擠”為一體，從而提高圍巖的承載能力。

圖4 不同錨桿排距塑性區(qū)云圖

3.2.2 不同錨桿間距巷道圍巖穩(wěn)定性分析

模擬錨桿排距均為1.5 m時(shí)，不同錨桿間距對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。錨桿間距分為3種情況：每排布置5根錨桿(錨桿間距1.5 m)、每排布置5根錨桿(錨桿間距2.0 m)、每排布置6根錨桿(錨桿間距1.5 m)。

1)垂直位移比較分析。不同錨桿間距時(shí)，巷道圍巖垂直位移云圖見圖5。由圖5可知：在每排均布置5根錨桿時(shí)，減小水壓膨脹錨桿間距能顯著降低頂板下沉量。錨桿間距為2.0 m時(shí)，頂板最大下沉量為24.5 mm；錨桿間距減小為1.5 m時(shí)，頂板最大下沉量為22.9 mm，效果明顯。在每排布置6根錨桿，間距為1.5 m時(shí)，頂板最大下沉量為24.1 mm，略高于每排布置5根錨桿時(shí)，這是由于巷肩位置的2根錨桿更靠近巷幫，對頂板的懸吊作用有所減弱。

圖5 不同錨桿間距垂直位移云圖

2)塑性區(qū)比較分析。不同錨桿間距塑性區(qū)云圖見圖6。由圖6可知：在每排布置6根錨桿，錨桿間距為1.5 m時(shí)，圍巖塑性區(qū)范圍最小，說明提高支護(hù)密度能夠減小塑性破壞范圍。且在水壓膨脹錨桿錨固位置幾乎不發(fā)生塑性破壞，說明水壓膨脹錨桿能夠?qū)鷰r起到較好的加固作用，將圍巖“擠”為一體，從而提高圍巖的承載能力。

圖6 不同錨桿間距塑性區(qū)云圖

綜上可知，減小錨桿排距能降低頂板下沉量，減小塑性區(qū)分布范圍，提高頂板支護(hù)效果。

同時(shí)，減小錨桿間距也能顯著提高圍巖支護(hù)效果，在模擬中，錨桿間距減小，對減小頂板下沉量效果明顯。在錨桿間距相同時(shí)，每排布置6根錨桿時(shí)的塑性區(qū)小于每排布置5根錨桿時(shí)的塑性區(qū)，支護(hù)效果更好。而且，模擬中也發(fā)現(xiàn)，在拱頂最中間布置1根錨桿，對控制頂板最大下沉量可起一定作用?？偟膩碚f，錨桿間距越小，頂板及幫部圍巖控制效果越好。在實(shí)際施工時(shí)，也應(yīng)綜合考慮地應(yīng)力大小、頂板破碎程度等，確定錨桿間距，在地質(zhì)條件較好時(shí)可適度增加錨桿間距，但最大錨桿間距也不宜超過2.0 m。

4 工程應(yīng)用

4.1 支護(hù)方案

根據(jù)新立-560 m西南巷、西山-360 m探礦巷、西山-945 m北巷3個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)的地質(zhì)力學(xué)條件，以及前述理論分析和數(shù)值模擬分析，分別提出3條巷道的水壓膨脹錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。其中，新立-560 m西南巷水壓膨脹錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方案見圖7。

圖7 新立-560 m西南巷水壓膨脹錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方案

4.2 錨桿抗拉拔力測試及分析

為測試水壓膨脹錨桿的錨固效果，對水壓膨脹錨桿和管縫式錨桿的抗拉拔力進(jìn)行測試，并進(jìn)行對比分析，測試地點(diǎn)選在新立-560 m西南巷。水壓膨脹錨桿的抗拉拔力測試分為加壓后抗拉拔力測試和泄壓后抗拉拔力測試。注水壓力取12 MPa左右，注水完畢用拉拔儀進(jìn)行拉拔，獲取加壓后水壓膨脹錨桿的抗拉拔力。6 d后對錨桿進(jìn)行泄壓，得到泄壓后抗拉拔力，錨桿抗拉拔力測試試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 新立-560 m西南巷錨桿抗拉拔力試驗(yàn)結(jié)果

由圖8可知：管縫式錨桿抗拉拔力為20～30 kN，而水壓膨脹錨桿抗拉拔力可達(dá)100 kN左右，泄壓后抗拉拔力依然明顯高于管縫式錨桿。這說明水壓膨脹錨桿更能對圍巖起到擠壓加固作用，提供較強(qiáng)的支護(hù)阻力，保證錨固效果。

5 結(jié) 論

1)對水壓膨脹錨桿作用機(jī)理進(jìn)行了深入分析，理論表明水壓膨脹錨桿能夠大大增加錨桿對圍巖的約束力，起到更好的錨固效果，并進(jìn)一步發(fā)揮圍巖自身承載拱作用，增強(qiáng)硐室的承載能力。

2)對巷道圍巖水壓膨脹錨桿支護(hù)效果進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，對比分析了錨桿排距、錨桿間距、每排錨桿數(shù)等因素對巷道圍巖應(yīng)力、變形、塑性區(qū)等特征的影響規(guī)律。減小錨桿排距和間距，能改善頂板支護(hù)效果。實(shí)際施工中，應(yīng)綜合考慮地應(yīng)力和頂板破碎程度，確定錨桿間、排距。

3)對支護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，并進(jìn)行了支護(hù)效果監(jiān)測與評價(jià)。錨桿抗拉拔力測試表明，管縫式錨桿抗拉拔力為20～30 kN，而水壓膨脹錨桿抗拉拔力可達(dá)100 kN左右，泄壓后抗拉拔力依然明顯高于管縫式錨桿，說明水壓膨脹錨桿更能對圍巖起到擠壓加固作用，提供較強(qiáng)的支護(hù)阻力，保證錨固效果。