錨桿外部構件在深部巷道中的應用

孟凡勇

摘 要：本文通過不斷探索錨桿體與外部構件匹配技術，加強巷道礦壓觀測，掌握巷道礦壓顯現規律，采取有針對性的巷道支護和圍巖控制技術，取得了較好的支護效果。

關鍵詞：巷道支護 錨桿支護 外部構件

雙鴨山礦區隨著開采濃度的不斷增加，巷道圍巖條件也在不斷地變化，壓力逐漸增大，礦壓顯現劇烈，巷道支護越來越困難。雙礦集團不斷研究優化巷道支護，大力發展錨桿支護技術，錨桿支護率由1995年的50%，發展到現在的95%以上，錨桿支護材料巳由原來的木錨桿、倒楔錨桿、管縫錨桿，發展到∮18-22mm的全螺紋鋼錨桿，錨固力由原來的不足5噸，發展到7-13噸，目前大部分為端錨，這就要求錨桿的外部構件必須與錨桿的支護能力相匹配，才能充分發揮錨桿的作用。

1、錨桿外部構件作用機理

錨桿是由桿體、錨固粘結體和托板三者組成，托板與輔助托板、網、梁等構成外部構件，其中托板對錨桿作用的發揮有重要影響，托板是產生錨托力的主要構件，同時對剪錨力也產生重要影響。托板通過擠壓圍巖表面提供錨托力，特別是與錨帶、錨梁、網相結合，形成封閉式的結構，可明顯改善巷道圍巖受力狀態。對于端錨錨桿，主要是依靠托板與巖體接觸，壓緊巖石，使圍巖處于三向受力狀態，阻止圍巖表面破裂和變形。托板受載后將力仁慈給輔助托板、網、梁及錨桿桿體等，又進一步約束圍巖破裂和變形，提高圍巖的穩定性。特別是在軟弱圍巖中，托板、網梁等外部構件的作用更大。對于全長錨固錨桿，托板也有重要的作用，托板產生錨托力，瑞通過錨托力而對剪錨力產生影響，但托板損壞后，錨桿仍具有錨固作用。

2、錨桿外部構件類型及影響因素

托板及其它外部構件的性能與錨桿性能應相互匹配，才能充分發揮錨桿的支護能力，托板及其它外部構件強度不夠，都會導致巷道不應有的破壞，降低錨桿的作用。影響錨桿外部構件作用的因素有托板及其它外部構件的型式、材質、尺寸及圍巖的變形量。

（1）鐵質托板

鐵質托板一般使用鑄鐵、廢舊工字鋼或U型鋼整平制作，有圓形托板、四方形托板、矩形托板及壓制而成的球面和錐形托板等。托板的尺寸要適中，太大一是不經濟，二是托板承受的載荷過大，太小易鉆進圍巖風，影響錨桿錨固力。若托板太薄則易被錨桿拉進陷入巖體內，使邊角離開巖面。三角形托板因尖角處易壓碎巖石故不使用于軟巖，只使用于硬巖。鋼板托板的破壞形式主要是，托板的角易向上翹曲而破壞。平面托板易與巖面呈點接觸，易使巖石壓碎而喪失支承能力。

（2）輔助托板

輔助托板一般使用木質、水泥、鎂菱土等材料制作，有圓形托板、四方形托板、矩形托板及壓制而成的球面和錐形托板等。輔助托板的尺寸一般比較大，用于煤巷兩幫及軟巖巷道，墊伏在鐵質托板下面增加受力面積，防止托板鉆進圍巖內，提高錨托力。輔助托板的破壞形式主要是，木質托板易壓扁出現裂縫。水泥、鎂菱土托板易壓裂而喪失支承能力。一般用于巷道兩幫壓力不大的巷道。

（3）其它外部構件

錨桿其它外部構件，包括W鋼帶、錨梁、金屬網、塑料網等。W鋼帶的破壞形式主要是錨帶的邊翹起、變形大而撕裂折斷、銹蝕損壞等。錨梁的破壞形式一般是壓扭、切斷、彎曲、開焊等。金屬網包括經緯網、菱形網等，破壞形式主要有銹蝕、從接茬處開裂、放炮等原因引起網格不均勻等。

3、應用及觀測分析

（1）頂板支護形式

①錨桿支護，使用全螺紋鋼錨桿配鐵托板支護，托板采用鑄鐵、廢舊工字鋼抽筋或U型鋼整平制作，圓形托板、四方形托板、矩形托板及壓制而成的球面和錐形托板，直徑不小于110mm，使用廢舊工字鋼抽筋或U型鋼整平制作托板時平面積不小于90cm2。此支護一般用于頂板較完整的Ⅰ、Ⅱ類圍巖巷道。

②錨梁支護，在錨桿支護的基礎上，沿巷道化傾向加鋼筋梁支護，鋼筋梁采用Φ12mm以上圓鋼制作，寬度90mm，沿長度方向每800mm焊接一處。此支護形式一般用于Ⅲ類頂板較完整的巷道。

③錨網帶支護，采用全螺紋鋼錨桿配鐵托板、W鋼帶、金屬網支護，一般用于Ⅳ、Ⅴ類圍巖巷道。

（2）兩幫支護形式

①錨桿支護，作用全螺紋鋼錨桿、管縫錨桿、預應力鋼絲繩錨桿配鐵托板支護，此支護一般用于1.3米及以下煤層的Ⅰ、Ⅱ類圍巖巷道兩幫。

②錨網支護，在錨桿支護的基礎上，為防止煤層片幫，加網封閉圍巖。網采用金屬菱形網、經緯網、塑料雙抗網。此類支護一般用于Ⅲ類圍巖巷道兩幫。

③錨網梁支護，在錨網支護的基礎上，在托板與網之間沿走向或傾向加鋼筋梁，可增強兩幫抗變形能力。此類支護一般用于Ⅳ、Ⅴ類巷道兩幫。

（3）支護要求

要求托板緊貼巖面達80%以上，避免形成點接觸，造成受力不均勻而影響支護效果。

（4）礦壓觀測

通過對9條采準巷道進行不同程度的錨托力觀測得出，二層煤巷道開挖影響階段錨托力變化值上幫為4.7-36.9kN，下幫為5.5-33.8KN，頂板為4.7-35.3KN。均達到或超過托板承載能力。四層煤巷道開挖影響階段錨托力變化值上幫為6.3-11.2 kN，下幫為1.57-12.3KN，頂板為0.8-15.4KN。均小于托板承載能力，滿足要求。

4、支護效果

對同一條巷道，錨桿托板的支護效果，與巷道不同受力條件及服務階段有關。回采引起的圍巖變形量要比掘進階段大得多，如東榮二礦-500軌道巷，掘進開挖及穩定階段兩幫變形量為111mm，頂底移近量為41mm，而回采影響階段兩幫移近量為473mm，頂底移近量為373mm。巷道是受一側采支影響，還是受兩側采動影響；是受一次采動影響還是受多次采動影響，對巷道的變形破壞影響較大。另外，巷道布置在采空區上下部，還是布置在煤柱支承壓力帶，是跨采還是留設煤柱，是留雙側煤柱還是留單側煤柱，跨采期間巷道是無煤柱送巷還是留煤柱掘巷，以及掘巷時上區時采空區穩定程度等，都將對錨桿托板的使用效果產生不同影響。

由觀測分析可知，目前使用的金屬托板，在回采面采過之前，均滿足需要。超載時均發生在軌道巷回采面采過之后，這就要求區段軌道巷中，需要更換承載能力較大的托板，才能滿足安全生產需要。對于受地質構造、支承壓力等影響的巷道，鐵托板易引起崩裂損壞。對于木質輔助托板，有一定的壓縮性，能吸收部分變形能，木質較差時，壓縮量小，易引起開裂損壞。水泥、鎂菱土輔助托板，為脆性鋼性支護材料，在壓力較大的巷道使用較差，易引起斷裂損壞。從使用情況看，木質輔助托板優于水泥托板，水泥輔助托板優于鎂菱土輔助托板。金屬經緯網及塑料雙抗網有的地點，易因放炮、變形等引起網格不均，影響支護效果，金屬菱形網使用效果較好。對于全錨方式，托板破壞后，錨桿仍起一定作用。

5、結論及建議

（1）錨桿外部構件的使用，必須根據巷道的服務年限、階段選擇，并進行礦壓觀測優化設計，才能使錨桿外部構件不斷適應各種困難條件下的巷道圍巖控制，推動支護改革發展，提高安全性及經濟效益。

（2）錨桿鐵托板是錨桿實現錨固力的關鍵構件，在巷道開挖及穩定階段，基本能夠滿足要求，在回采影響及以后，易因錨托力及變形量大等引起破壞，需采用增設支架或選擇開發使用高強度的鐵托板，推廣應用全錨錨固技術等方式，確保支護安全可靠。

（3）木托板要保證材質規格要求才能發揮效能，水泥托板、鎂菱土輔助托板難以適應壓力變形較大的巷道，研制開發高強度或有一定可縮性、經濟性強的輔助托板是發展方向。

（4）對于W鋼帶在淋水及服務年限較長的地點使用時，要加強檢測，因銹蝕強度達不到要求時及時采取加強支護措施。

（5）對于金屬及塑料雙抗網，要提高編制質量，在條件允許的情況下，采用滯后掛網，迎頭掛網及時噴漿封閉等方式，防止放炮打壞，影響支護效果。對于服務年限較長的巷道，為防止金屬網銹蝕，需及時噴漿封閉。endprint