錨桿支護“三徑”匹配的實踐與研究

郭咸

摘要：基于錨桿支護技術現狀，結合錨桿支護的優缺點，分析“三徑”匹配支護的原理及實踐特點。錨桿支護在礦產采掘上的廣泛應用，極大地改善了采掘工作面的作業環境、生產環境。

關鍵詞：錨桿支護 ? “三徑”匹配 ?實踐研究

1 概述

錨桿支護是現在化煤礦生產的需要，隨著錨桿支護在平煤股份二礦開拓區礦采掘上的廣泛應用，極大地改善了采掘工作面的作業環境、生產環境，為高產高效二礦的發展創造了有利條件。

2 錨桿支護的優缺點

2.1 錨桿支護成本低。錨桿支護作為一種新型巷道支護形式，其材料成本和運輸成本比傳統支護形式少了很多。錨桿支護能夠深入圍巖巖體，不占用巷道斷面，有助于節約支護成本。而且，這種新型支護方式安全穩定，不必過多地對巷道進行養護，這也有效縮減了支護成本。

2.2 錨桿支護作用迅速。錨桿支護所用支護材料比傳統支護形式少很多，而且材料質量輕，便于運輸，能夠有效提高巷道掘進速度。除此之外，在回采施工階段，錨桿支護施工難度小，在一定程度上精簡了作業流程，工作量大大減少，巷道掘進效率大幅提升。從施工角度來分析，錨桿支護流程簡單，掘進后可快速進入施工環節，而且圍巖支護支持機械化作業，在一定程度上加快了施工進度，縮短了工期。

2.3 支護效果優秀。從錨桿支護機理來看，這種新型支護形式是基于巖石力學理論和圍巖控制論衍生而來，是主動支護形式。從支護結構來分析，錨桿支護是借助巖體內部堅硬部分來加固松動的巖體，它是借助巖體本身的支撐力來架設支撐結構，其穩定性和安全系數要比其他支護方式更優越。

由此可見，錨桿支護形式不僅節省材料和成本，而且技術先進，工序簡單，穩固性良好，因此可以作為一種經濟高效的支護形式推大范圍廣應用。但是我們也應該了解，相比傳統支護方式來說，錨桿支護造價要高一些，而且在設計上還有需要改進之處。因此，實現錨桿支護“三徑”匹配，提高錨桿安裝預緊力，保證錨桿支護質量和安全施工，對開掘工作面的施工，包括后續的采煤工作具有極其重要的意義。

3 錨桿支護技術現狀

近幾年來，該礦錨桿支護有了很快的發展，庚組所有的采掘工作面都是使用的錨桿支護，己組掘進三隊己15-2070工作面前期頂板完整時采用的也是W鋼帶與錨桿聯合支護，但由于對缺乏對錨桿支護“三徑”技術的足夠認識，鉆孔直徑、錨桿和藥卷直徑往往達不到最佳配合比，浪費了財力，支護質量也達不到預期。眾所周知，在使用錨桿支護時，要提高錨固力，同時兼顧經濟效益，就應該合理設計鉆孔、錨桿和樹脂卷直徑的配置參數。實際施工過程中，作業人員通常根據技術經驗來配置這些參數，嚴格來講，這并不科學，一旦參數配置不當，還可能引發安全事故。

4 支護原理

錨桿支護是各種材質桿體的錨桿與樹脂錨固劑配合進行巷道支護的錨桿支護技術。其原理是通過錨桿將以樹脂膠泥為基礎的膠粘劑和固化劑（二者完全分開）裝進鉆孔，然后借助錨桿的旋轉和攪拌作用使兩種黃雪物質充分混合，推入孔底，使錨固段錨桿在膠粘劑的作用下密切鉆孔孔壁，提高孔壁強度，最后裝設錨盤，旋緊螺母，支撐起巖體。

5 支護“三徑”匹配原理

錨桿支護“三徑匹配”是指鉆孔直徑、錨桿直徑、樹脂藥卷直徑?！叭龔健敝g協調配合，能夠保證樹脂錨桿支護結構的支護效果達到設計要求。因此，確?！叭龔狡ヅ洹笔潜ＷC樹脂錨桿支護技術應用的首要、必備條件之一。本文以高強應力避峰錨桿MSGLW-500為例說明錨桿支護“三徑”的匹配。MSGLW-500高強錨桿因具有高強度、高預應力、能應力避峰的優越性能，可有效約束高地應力、破碎、圍巖的早期擴容變形，提高圍巖的自承能力等優點在該礦采掘工作中得到了廣泛應用，其它類型的錨桿與之類似。

5.1 鉆孔直徑的確定?，F二礦用于開掘工作面錨桿支護使用的鉆具鉆頭主要有28、30、32、34mm三種類型，主要應用的鉆孔直徑就是28、30、32、34mm三種，鉆孔直徑應主要根據錨桿直徑、錨桿質量、鉆孔成本和鉆孔效率確定。

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圖1是各類鉆孔直徑條件下直徑為20mm的高強錨桿。鉆孔直徑在25～30mm之間時，孔徑越大，錨桿錨固力越大。鉆孔直徑為30mm時，錨固力達到最大值。當鉆孔直徑大于32mm時，錨固力反而逐漸減小。借助試驗我們可以進行如下分析：采用直徑20mm的錨桿，必須保證鉆孔直徑達到30mm，才能獲得最大錨固力。采用直徑22mm的錨桿，則必須保證鉆孔直徑達到32mm，才會獲得最大錨固力。由此可得出結論：錨固成本隨著鉆孔直徑的增大而逐漸增加，并且，鉆孔直徑越大，所需時間越長。

鉆孔直徑越大，所暴露的缺點越嚴重。一般來講，鉆孔直徑越大，鉆孔所用工時和費用就會有一定程度的增加;而且無法保證樹脂卷能夠被錨桿快速刺破，混合劑也可能攪拌不充分，最終都會降低錨桿力。另外，鉆孔越大，所需樹脂藥卷越多，施工成本越高。因此，綜合比較之下，鉆孔直徑最好不要超過 32mm。

5.2 錨桿直徑的確定。對于錨桿直徑，目前該礦主要采用的錨桿是20、22mm兩種直徑的左旋無縱筋錨桿。錨桿的直徑和長度并非越大越好，它們都有極限值。筆者結合數次實踐所得結論，深入研究“三徑”匹配模式，并由此形成一套合理的方案。錨桿的錨固力隨著直徑的增加而逐漸增大，支護所需成本也相應增加。遂借助試驗作如下對比：鉆孔直徑取28mm，錨固長度和外部條件一致，以直徑為18mm錨桿支護成本為基準，得出表1所示的其他直徑錨桿支護成本增加的百分比，表2為錨固力增加的百分比。

表1 不同直徑錨桿支護成本增加百分比（%）

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表2 ?不同直徑錨桿錨固力增加百分比（%）

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將兩個表格的數據進行比照后發現，錨固成本隨著錨桿直徑增大而呈現10%～15%的增幅，錨固力也呈現50%～110%的增幅。兩個的增幅相差懸殊，后者的增幅比前者高出5～7倍。據此可知，適當增大錨桿直徑能夠取得一定的經濟效果。但在實際作業過程中，還需要綜合各類因素來確定桿體直徑。比如，要考慮錨桿的支撐力，同時兼顧技術因素和經濟因素。總的來說，就是在不影響錨桿支護能力的情況下盡量采用經濟合理且技術可行的技術參數。因此，錨桿直徑應該是18～22mm。

5.3 樹脂藥卷直徑的確定。目前，二礦開掘工作面使用的樹脂藥卷主要有2335和2850兩種，分為超快、快速、中速三類，就“三徑”匹配來說，在不影響攪拌質量的情況下，盡量選擇直徑較大的樹脂藥卷。綜合錨桿直徑以及孔徑科學匹配的研究結果及實踐經驗表明：若鉆孔直徑為28mm，建議使用無縱筋左旋錨桿，直徑控制在20～22mm之間，并且使用直徑23～25mm的樹脂錨固劑。如果鉆孔直徑是28mm或32mm，則使用樹脂藥卷直徑為23mm和28mm比較合適。

6 結論

①錨桿攪拌樹脂藥卷的均勻度以及裝配錨桿時的順利程度，主要取決于采用何種直徑標準的錨桿。一般來說，要提高錨桿的錨固力，使其發揮良好的支護作用，最好將鉆孔直徑和錨桿直徑之差控制在6～10mm之間。②錨桿支護成本及錨固力的大小主要取決于鉆孔直徑的大小。當錨固長度一定，采用直徑越大的錨桿，其樹脂藥卷和支護費用都會相應增加。通常情況下，如果左旋無縱筋錨桿的直徑為20mm或22mm，要考慮錨固力和經濟效益，建議使用30mm的鉆孔。③樹脂錨固劑直徑應比鉆孔直徑小4～8mm，并且盡可能方便安裝，尤其是頂板安裝錨桿時，另外樹脂藥卷的類型對于錨桿安裝質量也起著至關重要的作用。④在全長或加長錨固時，采用較大直徑的錨桿，其錨固成本基本不變。但是，如果錨桿直徑從18mm增大到22mm，錨固強度會提高110%，同時也會相應增加15%的錨固成本。這就是說適當地加大錨桿直徑，總的技術經濟效益還是十分可觀的。

參考文獻：

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