高應力區錨桿支護實踐及效果分析

【摘要】窯街礦區高地應力帶回采巷道變形量大，服務周期短，維修量大，分析高應力區錨桿支護過程中存在問題，從錨桿的材質選擇、支護參數選定、工序操作上進行總結，提出提高錨桿支護效果的技術要素，為礦井正常的安全生產有著積極意義。

【中圖分類號】TD82 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08—0213-01

錨桿支護是一種有效的巷道支護方式，具有支護成本低、操作方便、成巷速度快、作業環境和安全生產條件相對其它支護形式有所改善等優點，現成為煤礦巷道支護的主要形式。近年來，隨著煤礦開采深度不斷增加、開采條件的惡化及地應力的不斷增高，回采巷道出現變形量大、錨桿斷裂、失效、巷道圍巖離層、脫頂等現象，給礦井正常的安全生產帶來極大影響。因此有必要對錨桿支護中存在問題，提出針對性地解決辦法，以確保巷道的支護效果。

1.影響錨桿支護效果的因素

1.1 支護參數不完全合理

隨著開采深度的不斷增加，窯街多個礦區開采深度已達千米，地應力也顯著增加，地壓沖擊也不斷顯現并增強，致巷道變形量大，維護成本大幅度提高，給安全生產帶來極大隱患，以上問題說明，原來的支護參數已不適合支護要求，應根據礦井地應力和地質實際情況予以調整。

1.2 材質及規格達不到強度要求

高地應力帶巷道出現大面積離層脫頂現象，有時脫頂厚度大于錨桿的長度，其主要是錨桿沒起到時懸吊支護作用，錨索又撐受不了拉力的結果。另外，大面積脫頂處發現錨桿拔斷現象，說明使用錨桿的材質存有問題，強度達不到要求。錨桿拔斷的位置多在絲扣處，發現錨桿加工中存有問題，錨桿滾絲時，影響了錨桿的直徑，錨桿受拉力時，絲扣處變為錨桿受力的弱面，導致錨桿斷裂。

1.3 錨桿的預緊力和錨桿的讓壓變形不足

在高地應力帶巷道支護的錨桿，目前其扭距普遍在300N，m以下，在巷道支護初期圍巖變形速度快，最大月移近量達400mm，錨桿預應力不能有效控制錨固區的圍巖離層、裂隙等，大采深巷道的高應力和大變形量要求支護錨桿具有較高的預應力，以及足夠的延伸率沖擊韌性，而隨著巷道變形量的增加，錨桿桿體的延伸性能已達不到要求，錨桿斷裂、失效等現象大幅增加。

1.4 錨固力不足

錨桿鉆孔、桿體、樹脂錨固劑直徑匹配關系不合理，樹脂藥卷安裝達不到要求，則出現錨固劑攪拌不均勻，錨固劑環形多厚度不同，錨固劑與煤巖壁或錨桿的粘強度不足，錨桿的錨固長度，錨桿的圍巖的結合程度偏離設計值等問題，造成錨固力不足，此時錨桿所受的力超過錨桿與錨固劑與煤巖壁的摩擦力，錨桿發生滑移，以致失效。

1.5 錨桿局部受力集中

錨桿斷裂的主要原因是桿體受力過大，超出其極限抗拉強度或抗剪強度。現場實踐發現，斷裂錨桿多發生在巷道頂、幫肩窩處及施工角度嚴重偏離設計的錨桿上，錨桿呈現出某一點受力集中現象，斷口呈現出一點變形嚴重、斷裂。

2.提高錨桿支護效果的對策

2.1 確定合理的支護參數

隨著地應力和條件的變化，要對錨桿的支護參數進行相應調整，要對高地應力區巷道受力及受力條件下頂幫底變形情況，以及巷道周邊的圍巖進行全面分析，找出其受力及變形規律，確定合理支護參數，包括錨桿的問排距、錨桿規格以及其它配合錨桿支護的錨索、鋼帶、金屬網等綜合支護材料，從整體上確保錨桿支護的有效性。

2.2 合理選用材質和規格

錨桿支護是對錨桿施加一個預應力，由自由段將錨桿頭處的拉力傳至錨固體區域，通過錨固體的加固拱作用、懸吊作用、組合梁作用、圍巖補強作用控制圍巖不出現明顯的離層、滑移與拉應力區。巷道采用錨桿支護時根據采深與巷道圍巖性質、巷道周邊圍巖受力變形情況，可選用不同預應力材質錨桿和規格。

2.3 選擇合理的錨桿扭矩

錨桿預應力隨著扭矩的增大而增大，但受錨桿加工工藝精度，螺母與螺紋間的摩擦力、扭矩轉化系數影響，當扭矩超過400N.m，預應力增加變緩。綜合支護要求、材料成本及施工機具能力等因素，錨桿扭矩控制在300～400N.m，較為經濟合理。

2.4 增大變形讓壓功能

錨桿的變形讓壓功能能夠防止錨桿在過載階段或沖擊動壓影響下破斷。目前普遍采用提高錨桿的延伸率的方法，窯街海石灣煤礦采用讓壓錨桿（錨桿螺母與托盤之間使用球形讓壓管），取得了較好效果。讓壓管受到壓力超過設定讓壓載荷時開始讓壓，通過讓壓管壓縮變形達到讓壓的目的。

2.5 合理“三徑”匹配

錨桿鉆孔、桿體、樹脂錨固劑直徑的合理匹配，對煤巷錨桿支護參數的選擇具有重要作用。根據工業性試驗認為螺紋鋼錨桿的鉆孔直徑和桿體直徑之差應該控制在4-10mm，尤以6-8mm為佳，鉆孔直徑和桿體直徑一定時，在確保順利安裝的前提下，樹脂錨固劑直徑應盡量加大。

2.6 錨桿均勻受力

井下實踐發現，錨桿在滿足支護需求的情況下，多數錨桿斷裂是由于施工角度偏差大導致錨桿受力集中，在集中拉力和剪切力作用下，某一點首先斷裂，繼而整個錨桿斷裂，為防止應力集中的出現，可在技術和管理上予以控制。錨桿托盤采用碟形高凸調角設計，螺母與托盤接觸面為球形，保證螺母與托盤面接觸。管理上加強錨桿角度施工控制，保證施工的螺母與托盤保持垂直。

2.7 錨桿居中放置

錨桿軸線與鉆孔軸線重合時，錨桿周圍的樹脂錨固劑對圍巖均勻對稱分布，可避免出現一側應力集中及錨桿產生附加彎矩作用現象，錨桿支護系統比較穩定。如錨桿偏心距增大，錨桿周圍樹脂錨固劑和鉆孔圍巖受力不均，易導致應力集中，并對錨桿產生彎矩作用，錨桿支護系統穩定性差。

2.8 托盤與煤壁面接觸

提高錨桿支護的效果還要做好其它方面的工作，掘進支護前巷道頂幫必須要平整，保證錨桿托盤與煤壁面接觸并受力均勻。與錨直同時使用的條形鋼帶既要有強度，還要保證其一定的可彎曲性，一般可用￠14mm鋼筋梯子梁，否則，梯子梁在煤壁不平整的情況下將錨桿托盤支起而不能與煤壁面接觸，導致錨桿失效，影響錨桿的支護效果。

3.結論

（1）高地應力區巷道錨桿支護要選擇合理的支護參數。

（2）巷道支護錨桿需具有較高的預應力和延伸量。

（3）錨桿鉆孔、桿體、樹脂錨固劑直徑要符合“三徑匹配”原則，錨桿扭矩宜控制在300～400N.m.

（4）施工質量對錨桿支護效果具有重要作用。要采取提高人員的操作技能、嚴格施工過程控制等措施，保證施工質量。