礦建施工作業錨桿支護關鍵技術研究

敖帥帥

山東華新建筑工程集團有限責任公司 山東泰安 271219

眾所周知，影響巷道穩定性的錨桿支護參數眾多，支護效果評價指標也是多方面的。雖然學者們對回采巷道的變形機理、影響因素及控制技術做了大量的研究，并在現場進行了成功的應用，但是這些研究多僅考慮了單一影響因素，或者考慮了多種影響因素但效果評價指標單一，而有關巷道支護多影響因素、支護效果多指標評價的定量分析研究尚未見報道[1]。

1 錨桿支護原理

錨桿是一種支撐結構，具體位置是在巷道圍巖內部。使用錨桿支撐巷道，在巷道開挖過程中鉆孔然后將錨桿插入其中，并通過該系統的結構來加固附近的圍巖結構，保障采礦工作在安全的條件下進行.位于巷道深處的圍巖會受到三維力的作用，但是有一側的圍巖會受到來自2個方向的力的作用。這個三維的力和二維的力明顯不平衡。于是，系統受到不穩定力的作用，結構很容易被破壞。將錨桿安裝在巷道中后，基本結構就會都受到3個方向的力，大大提高了系統的強度。此外，錨桿的另一個重要功能是增強薄弱區域的抗剪強度，改善圍巖的穩定性并防止坍塌。

2 錨桿支護的設計依據

綜合考慮掘進巷道的實際地質情況，根據巷道斷面形狀、大小、煤層狀況等設計具體的巷道支護方案，對于小規模的礦井，巷道斷面小，支護設計簡單，大規模的礦井，由于工程量及工作人員都較多，輔助的運輸、排水以及通風等巷道也比較多，巷道斷面大，支護設計較復雜，要同時考慮多種因素，設計適合礦井安全生產的巷道，根據巷道的大小來選擇對應的錨桿支護技術。

3 錨桿支護關鍵技術應用

3.1 錨桿支護的工藝

①根據錨桿支護的設計依據及技術要求，采用高預應力和強力錨桿相結合的方式對巷道進行支護，配套高強度的拱形托板、螺母和減磨墊片，以及有較高的強度、剛度、護表面積的鋼帶和鋼筋網，給出具體的巷道支護布置及工藝流程。②在采用高預應力和強力錨桿支護后，隨著掘進深度的增加，在距離工作面19m后，錨桿的受力增大，到119m后錨桿的受力趨于穩定，在整個過程中，高預應力和強力錨桿的受力變化幅度較小，基本都在5kN左右，巷道的圍巖總體變形量很小，基本處于穩定狀態，能滿足安全掘進的要求。

3.2 錨桿支護的確定

組合拱原理及其圍巖條件通過在結構中增設錨桿，使得圍巖中的預應力可以滿足工程需求。如果將錨桿用作主要支撐結構，沿著拱面每隔一段距離就設置一根錨桿，巷道中所有錨桿共同作用組成一個壓縮的結構，承載能力將大大提高。因為它將承載力沿著圍巖傳遞到外部，所以承載力必然與錨桿的距離和預應力有關。

3.3 提高錨桿錨固端錨固力

在底板采用錨固劑及弱膨脹水泥漿配合全長錨固方法，增強隔水及錨固效果。底板有水時，眼孔內含水形成黏泥影響錨固劑與孔壁的錨固。采用傳統做法只能滿足預緊力要求，當巷道來壓時不能保證錨固端滿足錨桿屈服及破斷力的要求，造成錨桿與錨固劑整體拔出，使得整體支護失效。經過優化施工順序，先施工錨固劑配合水泥灌漿錨桿全長錨固錨桿，且不進行掛網支護，而進行初噴漿作業，使得錨固劑和水泥漿有足夠的初凝時間，2道工序的時間間隔大約5h，有足夠的初凝時間，使得錨固力達到最大值，然后掛網、增加錨桿盤支護，掛網支護后進行二次反底拱噴漿封閉[2]。

3.4 增加底板弧度、降低巷道寬度（跨度）

通過減少巷道寬度，使得擠壓拱厚度不變的情況下，承載能力進一步加強。類似于相同管壁厚度的鋼管，其直徑越小，則其抗徑向壓力越強。通過現場實踐的統計數據表明：其他參數不變的情況下，當巷道跨度增加，巷道變形量成指數特征變化。因此在實際生產過程中應盡量降低巷道寬度，以減少巷道變形。軟巖巷道底板弧度增加不僅對減少巷道底鼓有效果，也適用于巷道頂板。當頂板增加頂板弧度時，也有利于減少頂板的下沉量。

3.5 支護優化正交矩陣分析

經過正交數值模擬，得到了表4所列的模擬結果，支護效果常見評價方法有直觀分析法、方差分析法和效應分析法，但是這些方法對于多評價指標的正交試驗模擬來說運算量極大，計算困難，故本文采用矩陣分析方法[25]對支護參數進行優化。矩陣分析方法不僅能夠計算出影響試驗指標各因素各水平的權重，而且能夠根據權重的大小快速得到最優方案以及各影響因素的主次順序。現將錨桿長度、預緊力及頂角錨桿安裝角度作為正交矩陣分析中的因素層，塑性區體積、頂底板移近量、兩幫收斂量作為試驗考察指標層，分別求出各考察指標的權矩陣，再得到影響巷道穩定性的權矩陣，并最終得到錨桿不同參數對于巷道穩定性的影響權重。

3.6 錨桿的檢驗

錨桿的安裝質量要想得到保障，通常要注意5個方面的問題。①鉆孔深度與錨桿要相匹配。如果深度太深或太淺，會影響整個系統的穩定性，螺母安裝難度較大。螺栓孔的深度不能太深，要比錨桿的長度短60mm左右，倒楔形螺栓孔更淺，比錨桿要短100mm以上。②確保螺栓孔的直徑和錨桿直徑保持一致。③安裝好錨桿后，一定要確保其表面平坦，使支撐板與巖體有充分的接觸，實現均勻受力，確保整個系統的承載力都受到了很大的提高。④用扳手擰緊螺母提升系統的預應力。⑤選擇質量好、尺寸合適的錨桿，在設計好的位置進行安裝，并確保錨桿狀態良好。

4 結語

綜上所述，在礦井快速的掘進中，錨桿支護的技術發揮著重要的作用，它能夠有效改變巷道支護的狀況，促進安全和穩定生產，而為了充分發揮此技術的優勢，還需要做好對此技術的優化，根據實際情況財務科學的支護方案，從而為礦井的快速掘進提供保障[3]。