煤礦錨桿支護應用過程中存在問題的分析

劉 宏，張 帥

煤礦錨桿支護應用過程中存在問題的分析

劉 宏1，張 帥2

（1．神華烏海能源公司安監局；2.神華烏海能源公司生產技術部，016000）

列舉了錨桿支護的一些常規概念，設計制作施工等方面存在的問題，通過理論分析，現場實踐和對材料的檢測檢驗，提出解決問題的方法。

錨固力；拉拔力；預緊力；預緊力矩；問題；分析

錨桿支護是當前煤礦巷道支護采用的一種有效較為普遍的主動支護方式，由一個抗拉強度高于巖土體的桿體、桿體一端可以和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結）阻力、桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對巖土體的徑向阻力組成，錨桿作為深入地層的受拉構件，它一端與工程構筑物連接，另一端深入地層中，整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區域，其功能是對錨桿施加預應力；錨固段是錨固藥劑體將預應力筋與土層粘結的區域，其功能是將錨固體與土層的粘結摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。由于其具有顯著提高圍巖穩定性，成巷速度快，勞動強度低，提高斷面利用率，簡化回采工作面端頭工藝，明顯改善作業環境和安全生產等條件優勢，得到了廣泛的推廣和應用。但還存在認識上的模糊以及操作上的不規范等一些問題。

1 錨固力與錨桿拉拔力

1.1 定義

錨固力是指錨桿對圍巖產生的約束力，分為錨桿工作錨固力和設計錨固力，錨桿工作錨固力包括初錨力和正常工作時的錨固力，通常說的錨固力指錨桿正常工作時的錨固力。

拉拔力是指阻止錨桿從巖體中拔出的力，分為設計和檢測拉拔力，通常指設計拉拔力，其值應大于錨桿破斷力。拉拔力通常用于錨桿施工質量檢測，其值應不小于設計錨固力。

1.2 錨桿錨固力與拉拔力的區別

（1）錨桿錨固力是錨桿對圍巖產生的約束力，是限制圍巖變形，起支護作用的力。拉拔力是錨桿錨固后拉拔實驗時，所能承受的極限載荷，反映的是桿體，錨固劑、巖石粘結到一起后，錨桿破斷或失效的最大拉力。

（2）錨桿錨固力隨著支護圍巖變形，膨脹而增大，是一個動態并不斷變化的力。錨桿拉拔力是一個固定值，不隨圍巖變形和錨桿受力而改變。

（3）錨桿錨固力檢測使用錨桿測力計，檢測錨固力是為了監測錨桿受力狀況。錨桿拉拔力拉測使用錨桿拉力計，檢測拉拔力是為了查驗錨桿桿體，錨固劑、巖石三者之間粘結程度。

（4）檢查錨桿施工質量時，一般檢查錨桿拉拔力。監測分析錨桿工作情況時測錨固力，測量錨固力是為了驗證分析錨桿工作情況時測錨固力，測量錨固力量是為了驗證支護的可靠性，為以后修改支護設計提供依據。設計和施工時，必須保證錨桿拉拔力大于桿體破斷力這一基本原則，但常見錯誤是設計的錯桿拉拔力小于桿體破斷力。

（5）施工、設計錨桿錨固力與拉拔力經常混淆。一方面是由于一些標準，教科書說法不一，造成混亂；另一方面對二者內涵認識理解有誤，辨識不清。

2 預緊力和預緊力矩

2.1 定義

預緊力也稱錨力，在安裝錨桿（錨索）時，通過擰緊螺母或采用張拉方法施加在錨桿（錨索）上的拉力，單位kN。預緊力矩是擰緊螺母使螺桿達到設計預緊力時，施加到螺母上的力矩，單位N·m。

2.2 預緊力和預緊力矩關系

（1）二者有定性的關系，通常預緊力矩越大，預緊力越大，但非線關系。

（2）預緊力是力，是施加在錨桿（錨索）上的拉力，單位kN：預緊力矩是力矩，施加在壓緊螺母上，單位N·m。

（3）二者測量儀器不同。預緊力通過錨桿測力計觀測，預緊力矩則通過力矩扳手觀測。

（4）錨桿施工設計要求的是預緊力，而不是預緊力矩。但在實際施工過程中，由于預緊力矩測讀方便，且預緊力隨著預緊力矩增大，通過直接檢測預緊力矩就能達到間接檢測錨桿預緊力的目的。因此，錨桿安裝時通常檢測預緊力矩。

3 預緊力的作用和要求

（1）預緊力能夠發揮錨桿主動支護作用，特別是在層狀巖層、破壞圍巖條件下，增大預緊力能夠改變圍巖性質，保持圍巖穩定，有利于對圍巖支護。

（2）如果頂板圍巖有整體離層冒落的趨勢時，只有預緊力大于潛在冒落圍巖重量時，才能阻止圍巖離層趨勢的出現和繼續發展，才能發揮錨桿主動支護的作用。

（3）錨桿預緊力矩越大越好，但由于受錨桿機具限制，往往預緊力和初錨力都不能達到一個較高的數值。

（4）錨桿能夠有效發揮主動支護作用，只有當預緊力達到一定程度后，才能使受支護圍巖層形成組合梁或組合拱的結構。合適的預緊力范圍應該是下限大于被支護圍巖的重量，上限為錨桿屈服強度的70%。

4 錨桿設計中存在的問題及注意事項

對支護條件的研究不夠，設計馬虎，生搬硬套，一成不變，是設計中的主要問題。錨桿設計時，一般采用懸吊理論來計算錨桿的直徑，這種設計在礦壓小，圍巖運動方向與錨桿平行的條件下適用，但在高應力，圍巖運動方向與錨桿方向不一致時受到限制。要貫徹“動態設計”的思想，在滿足通風、運輸、行人的前提下，巷道的設計高度和寬度應預留適當的變形量。必須選擇性能穩定質量可靠的錨桿及其它支護產品。另外不僅要考慮錨桿拉伸強度，還要考慮剪切強度，否則會造成支護強度不夠，產生冒頂現象。對難維護復雜條件的支護設計，必須提高支護強度和支護等級，如大跨度、交叉點、軟弱破碎不穩定煤、巖層，應采用加長或全長錨固、錨帶索、桁架等聯合支護方式。

5 錨桿施工過程中存在的問題

（1）錨桿、錨索支護設計不夠科學。錨桿、錨索支護設計時絕大多數采用工程類比法，支護形式和參數不盡合理，有可能支護強度太高，造成支護強度過剩，浪費了材料；再者在松、散、軟等特殊地質條件下支護強度可能不足，出現片幫、冒頂事故。

（2）錨桿、錨索支護材料的質量不能完全達到要求。如鋼材質量、加工的螺紋質量、樹脂藥卷質量均直接影響支護質量。

（3）錨桿、錨索支護監測儀器與技術不能滿足現場施工需要。常用儀器的精確度、實用性不盡完善，不能完全真實反映錨桿、錨索支護效果。

（4）對施工條件的變化掌握不夠，不注意觀察頂板巖性、水、斷層及裂隙的變化，造成支護形式、支護強度不能適應支護條件的變化。

（5）錨桿眼深控制不到位。錨桿眼過深或過淺，都會造成降低錨桿的有效錨固長度。

（6）初錨力、錨固力的現場檢驗不到位，錨固劑用量，用法不符合設計，忽視了錨桿（索）的二次緊固。

（7）現有技術條件下，施工因素是直接影響錨桿、錨索支護質量的關鍵環節。施工人員安裝錨桿（索）攪拌后，圖省事，安上就拉，降低了錨桿（索）的預緊力。對錨桿、錨索支護理論的系統認識不夠，對錨桿安裝質量不到位，不能完全按設計施工。施工中常見的巷道成型差，錨桿托板不切巖面，造成錨桿失效；安裝過程采用的機具、工藝不同，導致臨近錨桿安裝后預緊力不同，支護阻力增長不同均影響了支護效果。

6 結論

錨桿支護技術經過不斷的研究、應用、發展，已成為目前礦山支護的主要技術手段。錨桿支護理論也得到了發展。但支護中存在著許多問題，主要問題是現場管控不到位，導致支護效果達不到設計要求，要加強設計、現場管控。確保錨桿支護技術得到發展和提高、以適應更加復雜的地質條件。

TD353.6

A

2095-2066（2016）32-0094-02

2016-11-2

劉 宏（1975-），寧夏平羅黃渠橋人，注冊安全工程師、機電助理工程師、初級爆破工程師，1997年參加工作，現任神華烏海能源公司安監局主管。