有色金屬錨桿支護的關鍵理論教學研究

吳立莉

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

1 錨桿支護及基本原理

（1）什么是錨桿支護。先說支護，指的是為了地下巷道掘開挖后穩定還有施工安全，而采取的支持、加強或改善圍巖應力狀態而打設的構建或采取的措施總稱[1]。顧名思義，一方面是支，指的是頂住頂板，防止頂板出現大量的下沉，使頂板下沉控制在可控和安全的狀態；一方面是護，就是保持頂板的完整性，支和護是一個有機整體，它們共同形成了支護系統。

而錨桿支護是支護的一種，它是一種高效、經濟、又安全的主動支護方式，由錨桿桿體、錨固劑、板托、錨鋼帶和錨網梁等組成[2]。用桿柱打入地表巖體預先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構造和尾部托板與穩定巖體組合形成懸吊效果、組合梁效果，最后達到支護的目的，錨桿支護原理就是弄清楚錨桿、錨索與圍巖之間的相互作用關系，指導錨桿支護設計。

（2）錨桿支護之基本原理。錨桿一般有三個方向，桿體的長度會遠大于其他兩個尺寸，這種構建在力學上主要提供兩個方面的作用：抗拉和抗剪。巖體一般在安裝設備時由很好的力學性能，但是除去裝備時，由于出現了拉力的原因，巖體結構面的力學特征會產生變化，導致巖體質量迅速劣化，產生松動以及塊體失穩兩個巖體破壞效應。

針對上述巖體力學穩定性的變化錨桿支護就有很好的適應性，一般設備卸載后，巖體會變得強度低、抗變能力差等特點，給實際挖礦作業的工人帶來很大的危險。圍巖變形使負重作用于托板，通過托板將負重傳給錨桿桿體，錨桿將圍巖的應力狀態由單向變為三向受壓，大大的提高了圍巖自身的承載能力，由原來的被動支護變為主動支護，從而充分發揮錨桿控制圍巖變形的作用。

由于錨桿支護的抗拉作用，增強了破碎巖石和巖層間的摩擦力，阻止了巖層之間的滑動，使各類巖層之間形成組合梁作用，對于跨度較小的巷道斷面，大量錨桿又能很好的改善錨固體承載力，阻止圍巖的進一步變形或者破壞[3]。

概括來說錨桿支護承擔圍巖的預應力，提高了巖體整體的穩定性和抗變能力。

2 錨桿支護的應用及存在的問題

（1）運用：錨桿支護，通過長期應用得到的成功經驗，使其在實踐中成為了一種無可代替的巖土工程安全加固措施。被推廣于礦山開采眾多的作業場所。例如采場的頂板和圍巖，各類開挖工程結構表面巖體等。都會用到錨桿支護。

盡管錨桿支護有眾多優勢，但仍舊會存在一些缺陷，例如為了解決圍巖表面潑水巖體支護問題，錨桿加金屬網的組合方式，為了更好的提高頂板的牢固性，常采用螺紋鋼，來強化對頂板的加固工作，從底板處實施錨桿支護作業，使用較長的錨桿進行支護，金屬網也采用菱形網，聯接方式為網扣一扣壓一扣的辮式鏈法，這種處理方式不僅牢固還很美觀，可謂科學與美學的完美結合，一定程度解決了之前的難題。同時為了解決巖體膠味松軟地帶和地質結構易變化地帶的復雜的支護狀況，采取了減少錨桿之間的排距和間距，來確保井下工作的安全性。而一般錨桿的排距和間距是500mm＊500mm。諸如此類結合礦井實際情況進行的錨桿支護改進案例還有很多，此處不做多贅述。

（2）存在的問題：①配套技術有待完善。雖然前面已經介紹了錨桿技術的優化，但仍舊有其存在的問題未被良好解決。目前錨固頂施工技術中，鉆眼是一道必須工序。在實施這道工序時，會產生大量的巖屑，需要大量的水和氣流將這些孔內的巖屑沖走，而被沖走的巖屑會有部分殘留在巷道的底板上，或者混合著氣流行為霾彌漫在空氣中，這一處理的后果其一巷道的施工難度被增加，其二給施工的人員帶來霾健康危害，所以完善相關配套技術是亟須解決的問題之一。②掘進作業效率與錨固作業效率不匹配。這里提到第二個問題是，當需要在巷道進行錨固作業時，掘進作業需要完全停止才可以支持其正常進行。盡管在實操中，錨固和掘進有部分重疊的時間，但總體計算下來，錨固的時間是遠遠大于掘進時間的。例如連采機巷道能夠讓冶金和錨固同步進行，但“雙巷”作業，對連采機、錨桿鉆車、梭車等配套之間的頻繁換巷作業又有了更高的要求，這會增加時耗，也同時縮短巷道底板的壽命，需要增大對巷道底板的維護成本。所以無論如何，現狀是掘進作業效率與巷道錨固作業效率匹配程度還有很大的提升空間。③裝備機械化程度不高。目前我國煤礦的掘進巷道多采用懸臂式掘進進行掘進作業，錨桿支護裝備的機械化程度還遠遠不夠，現狀的錨固作業是讓多名礦工在空頂下用人工手持鉆機、扳手還有杠桿等工作來互相協作完成。這種非機械化的作業方式，無疑是增加了人員的安全隱患。所以錨固裝備機械化程度是后面需要努力改進的一個方面。如果可順利改進，對于錨固工作也有很大的意義。

3 錨桿支護的優勢

（1）作用迅速。與傳統支護方式相比，錨桿支護的原材料量少且質輕，掘進過程中原料的運輸存在很大的優勢，可以提高掘進的效率。然后，回采作業中，可以減少工作面的作業流程，明顯提高井下作業效率，降低了工人們的勞動強度。最后，錨桿支護工序間大門，有利于在快速掘進中實現圍巖支護的機械化工作，因為其可在掘進面掘進后立刻就施工。

（2）成本低。和傳統支護技術相比較，錨桿支護減少了巷道支護材料的投入和運輸，一定程度大幅減少了支護的材料成本。同時可節約巷道的掘進成本，因為錨桿支護深入圍巖巖體，不需要占用巷道斷面，因此在設計上減少了巷道斷面面積。同時錨桿支護穩定性良好，有效的減少了巷道的維修養護量，從而從根本上降低了巷道的維護費用成本。

（3）效果優秀。錨桿支護充分利用了圍巖自身的支撐能力形成了相對穩定的支撐結構，這一做法不僅有效提高了巷道圍巖的穩定性，還簡化了巷道支護維護。究其主要原因，因為錨桿支護是主動支護形式，完全符合巖石力學理論和圍巖控制論。

4 結語

在有色金屬礦山作業中，錨桿支護技術對于圍巖有加固和支護雙重作用，一方面錨桿有效的阻止了巖層間的滑動，保證了煤巖體的完整性，提高了圍巖體的自承載能力，限制了圍巖體的位移；另一方面錨桿提高了破碎巖體的抗剪切于抗壓強度，起到了加固作用。實踐證明，錨桿支護有效地控制了巷道周圍巖體的位移變形，取得了良好的安全與經濟效益，是煤礦井下支護方式的重要發展方向，應當在礦井下工程施工中被廣泛使用。