錨桿支護技術發展現狀與展望

程 續 張向東 葉文龍

(遼寧工程技術大學土木工程學院,遼寧 阜新 123000)

0 引言

錨桿支護技術在巷道支護中已擁有100多年的發展歷程，最早是1912年在Xie in erz(Germany)上提出。我國在20世紀50年代開始使用錨桿支護技術，1978年正式推廣，20世紀90年代，我們從澳大利亞引進了更先進的技術，并進行了廣泛的推廣應用[1]。經過多年的研究與應用，錨桿支護技術得到了長足的發展，成為我國巷道支護的主要形式之一。

1 錨桿支護技術簡介

1.1 錨桿分類

錨桿大體上可以分為金屬錨桿和非金屬錨桿兩類，不同類型的錨桿適用范圍和作用效果是不同的，金屬錨桿有：1)縫管式錨桿；2)漲殼錨桿；3)楔縫錨桿；4)倒楔錨桿；5)脹管式錨桿；6)中空注漿錨桿；7)復合錨固錨桿；8)樹脂錨桿；9)水泥砂漿錨桿；10)水泥錨桿。非金屬錨桿有：1)木錨桿；2)竹錨桿；3)玻璃鋼錨桿[2]。

1.2 錨桿支護機理

在進行巷道開挖時，巖體的應力平衡狀態會遭到破壞，應力場重新分布，為了防止巷道發生坍塌保持其穩定性需在掘進后進行支護。錨桿加固技術是一種柔性加固技術，其實質是通過巖石和土壤的承載力，使巖體的穩定性得到提高。同時加固體不被破壞[3]，對圍巖的作用主要是組合梁作用和擠壓加固拱作用[4]。

1.3 錨桿支護特點

1)支護成本低。與傳統技術相比，錨桿技術在材料利用方面具有很大的優勢，有效地減少了巷道支護材料投資和運輸，大大降低了支撐材料的成本[5]。錨桿支護不需要占用太多空間，不占用巷道的工作段，所以在開挖巷道時，隧道斷面可以適當減小，可以減少開挖工作，有效降低開挖費用[6]，同時由于支護面積縮小和錨桿支護的穩定性好使得維護成本也得以降低。

2)施工難度低。由于錨桿支護中使用的材料較少，材料運輸的工作量大大減少，施工進度明顯加快，這為加速掘進創造了相當便利的條件[6]。在采礦過程中，因為所用原料的減少，在支撐過程中，施工難度會降低，同時保證了采礦的安全性，顯著降低礦工的工作量。錨桿支護結構簡單，勞動強度低。它可以緊跟開挖面，為提高開挖速度提供了有力的保障[6]。

3)支護作用迅速。與傳統的支撐方法相比，在錨桿支護中使用的源料較少，并且可以機械化施工。在隧道開挖中，它顯著加快了運輸速度，提高了支護的效率。錨桿支護的施工工藝簡單、方便，可在掘進之后立刻進行施工，在快速掘進過程中對圍巖支護進行機械化施工是非常有利的[5]。

4)支護效果顯著。錨桿支護的支撐原理是主動支護。施工后，錨桿可以在圍巖的深部加固，它可以快速地構造一個完整的承載結構，利用周圍巖石的自身強度，達到充分施展圍巖自承載力的目的，它在巷道圍巖的安全性和穩定性方面有著積極的作用[6]。

2 我國錨桿支護技術發展現狀

我國錨固技術的應用時間并不長，早在100多年前，國外就已經采用了錨桿支護技術。國內發展相對較晚，直至20世紀的中后期我國的一些礦山中才開始大量使用該項技術。與國外相比，我國的錨桿支護技術經歷了起步、攻關、消化、推廣四個階段。1)在20世紀80年代中后期，通過對煤礦錨桿的應用研究，研究了錨桿技術的基礎。2)從1991年到1995年，作為重點推廣項目進行了深入的研究，并逐步應用于各種類型的煤礦；3)1996年—1997年的引進和消化階段，引進先進技術和國外錨桿支護理論后，我國開始結合本國國情和實際工程要求進行自主研發，形成了擁有自主產權的錨桿支護技術；4)從1998年到現在，錨桿技術處于推廣階段，采用錨桿支護的比例一直在上升，且已經走在了世界前列[7]。

3 錨桿支護技術存在的問題

我國在礦山開采和隧道建設工程中大量使用錨桿進行支護，錨桿技術日益成熟但仍然存在著一些亟待解決的問題。

1)錨桿支護理論不夠完善。目前，我國錨桿支護的計算主要還是以傳統的懸吊、組合梁、加固拱原理計算得出，該理論最初的設計原理能滿足一般巷道支護要求，但在某些特殊的工程中無法滿足要求。

2)在研究錨桿支護理論時沒有將理論與實踐結合起來。工程設計、施工過程等對錨桿的支護效果有著很大的影響，也必須對這些方面進行研究，目前缺少對該領域的深入研究[3]。

3)監控系統不夠科學和完善。監測在工程施工中起著重大作用，可及時發現工程隱患，為技術的改進提供依據，但目前在錨桿支護領域缺少完整配套的監測體系和設備。

4 錨桿支護技術發展的展望

經過60多年的發展，我國錨桿支護技術已經有了飛躍式的發展和巨大的成就，但仍有一些問題值得繼續深入研究：

1)加強圍巖的地質力學環境試驗和分析，包括應力分布、相互作用、圍巖的結構和圍巖的強度，對圍巖的物理力學性質還需進行深入的研究和分析[2]。

2)錨桿支護理論還需進行深入的研究。錨桿支護技術的理論有很多，但是在實際工程中這些理論的應用性較差，所以有必要加強對于錨桿支護理論的研究，同時積極同國外專家合作，吸收國外的先進理論。

3)加強錨桿防腐技術的研究。由于錨桿長期埋藏于地下，在地下環境的影響下容易產生銹蝕，為提高錨桿的使用壽命應進行錨桿防腐以及預應力錨索在沖擊、地震、變壓、凍結、高溫等特殊條件下的錨固穩定性的研究；對現有的防腐技術進行改進，研發出新型高效的防腐技術[8]。

4)開發新的支護材料。目前我國的錨桿在生產過程中缺乏相應的檢驗和監督。因此，必須嚴格審查錨桿生產的質量，進一步提高錨固材料的性能，研究擁有更高性能的新型錨桿[6]。研究開發新型樹脂錨固劑，提高其強度和剛度，增加圍巖與錨桿之間的粘結強度，使錨桿盡早預緊，滿足快速加載的要求[9]。

5)加強技術人員的培訓。所有的技術和設備都需要由人來操作。只有提高人的綜合素質，才能保證施工質量。所以，對我國從事錨桿支護技術的施工人員進行有效的培訓是相當重要的，這有助于我國錨桿支護技術的長遠發展。

5 結語

幾十年以來，我國的錨桿支護技術在不斷發展中取得了驚人的進步，在各種工程實踐中也取得了成就，但是仍然有一些我們亟待解決的問題，諸如：錨桿支護理論不夠完善；監控系統不夠科學和完善等，未來我國錨桿支護技術發展中應當重點加大對錨桿支護機理、錨桿支護監測系統等方面的研究，除了改進現有技術，還應開發一些新技術，為煤礦和隧道建設提供有效的技術支持[10]。

[1] 白孝功.試論錨桿支護技術存在的不足及發展前景[J].現代經濟信息,2014(5):324.

[2] 康紅普.我國煤礦巷道錨桿支護技術發展60年及展望[J].中國礦業大學學報,2016,45(6):1071-1081.

[3] 吳 峰.錨桿支護技術的發展與應用[J].科技創業,2016(21):115-116.

[4] 薛鳳強.談煤礦巷道錨桿支護技術應用及發展[J].工業技術,2012(4):105.

[5] 張俊福.錨桿支護技術的發展及特點[J].山西煤炭管理干部學院學報,2013,26(3):32-33.

[6] 刁先鋒.淺議錨桿支護技術[J].機電工程技術,2015,44(7):221-222.

[7] 蔡躍章.淺談煤礦錨桿支護技術現狀與展望[J].科技與企業,2014(19):107.

[8] 和樹棟.錨桿支護技術現狀及發展方向探討[J].現代礦業,2015(5):149-151.

[9] 徐萬軍．淺談我國煤礦錨桿支護技術的現狀與發展[J].煤礦天地,2009(4):12-16.

[10] 吳建平.試析煤礦錨桿支護技術現狀與發展[J].科技與創新,2015(11):122-124.