礦建施工作業(yè)錨桿支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

敖帥帥

山東華新建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 山東泰安 271219

眾所周知，影響巷道穩(wěn)定性的錨桿支護(hù)參數(shù)眾多，支護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)也是多方面的。雖然學(xué)者們對(duì)回采巷道的變形機(jī)理、影響因素及控制技術(shù)做了大量的研究，并在現(xiàn)場進(jìn)行了成功的應(yīng)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(píng)價(jià)指標(biāo)單一，而有關(guān)巷道支護(hù)多影響因素、支護(hù)效果多指標(biāo)評(píng)價(jià)的定量分析研究尚未見報(bào)道[1]。

1 錨桿支護(hù)原理

錨桿是一種支撐結(jié)構(gòu)，具體位置是在巷道圍巖內(nèi)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)來加固附近的圍巖結(jié)構(gòu)，保障采礦工作在安全的條件下進(jìn)行.位于巷道深處的圍巖會(huì)受到三維力的作用，但是有一側(cè)的圍巖會(huì)受到來自2個(gè)方向的力的作用。這個(gè)三維的力和二維的力明顯不平衡。于是，系統(tǒng)受到不穩(wěn)定力的作用，結(jié)構(gòu)很容易被破壞。將錨桿安裝在巷道中后，基本結(jié)構(gòu)就會(huì)都受到3個(gè)方向的力，大大提高了系統(tǒng)的強(qiáng)度。此外，錨桿的另一個(gè)重要功能是增強(qiáng)薄弱區(qū)域的抗剪強(qiáng)度，改善圍巖的穩(wěn)定性并防止坍塌。

2 錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)依據(jù)

綜合考慮掘進(jìn)巷道的實(shí)際地質(zhì)情況，根據(jù)巷道斷面形狀、大小、煤層狀況等設(shè)計(jì)具體的巷道支護(hù)方案，對(duì)于小規(guī)模的礦井，巷道斷面小，支護(hù)設(shè)計(jì)簡單，大規(guī)模的礦井，由于工程量及工作人員都較多，輔助的運(yùn)輸、排水以及通風(fēng)等巷道也比較多，巷道斷面大，支護(hù)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，要同時(shí)考慮多種因素，設(shè)計(jì)適合礦井安全生產(chǎn)的巷道，根據(jù)巷道的大小來選擇對(duì)應(yīng)的錨桿支護(hù)技術(shù)。

3 錨桿支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 錨桿支護(hù)的工藝

①根據(jù)錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)依據(jù)及技術(shù)要求，采用高預(yù)應(yīng)力和強(qiáng)力錨桿相結(jié)合的方式對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，配套高強(qiáng)度的拱形托板、螺母和減磨墊片，以及有較高的強(qiáng)度、剛度、護(hù)表面積的鋼帶和鋼筋網(wǎng)，給出具體的巷道支護(hù)布置及工藝流程。②在采用高預(yù)應(yīng)力和強(qiáng)力錨桿支護(hù)后，隨著掘進(jìn)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(wěn)定，在整個(gè)過程中，高預(yù)應(yīng)力和強(qiáng)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(wěn)定狀態(tài)，能滿足安全掘進(jìn)的要求。

3.2 錨桿支護(hù)的確定

組合拱原理及其圍巖條件通過在結(jié)構(gòu)中增設(shè)錨桿，使得圍巖中的預(yù)應(yīng)力可以滿足工程需求。如果將錨桿用作主要支撐結(jié)構(gòu)，沿著拱面每隔一段距離就設(shè)置一根錨桿，巷道中所有錨桿共同作用組成一個(gè)壓縮的結(jié)構(gòu)，承載能力將大大提高。因?yàn)樗鼘⒊休d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(yù)應(yīng)力有關(guān)。

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(qiáng)隔水及錨固效果。底板有水時(shí)，眼孔內(nèi)含水形成黏泥影響錨固劑與孔壁的錨固。采用傳統(tǒng)做法只能滿足預(yù)緊力要求，當(dāng)巷道來壓時(shí)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(hù)失效。經(jīng)過優(yōu)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(jìn)行掛網(wǎng)支護(hù)，而進(jìn)行初噴漿作業(yè)，使得錨固劑和水泥漿有足夠的初凝時(shí)間，2道工序的時(shí)間間隔大約5h，有足夠的初凝時(shí)間，使得錨固力達(dá)到最大值，然后掛網(wǎng)、增加錨桿盤支護(hù)，掛網(wǎng)支護(hù)后進(jìn)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(jìn)一步加強(qiáng)。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(qiáng)。通過現(xiàn)場實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：其他參數(shù)不變的情況下，當(dāng)巷道跨度增加，巷道變形量成指數(shù)特征變化。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)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(duì)減少巷道底鼓有效果，也適用于巷道頂板。當(dāng)頂板增加頂板弧度時(shí)，也有利于減少頂板的下沉量。

3.5 支護(hù)優(yōu)化正交矩陣分析

經(jīng)過正交數(shù)值模擬，得到了表4所列的模擬結(jié)果，支護(hù)效果常見評(píng)價(jià)方法有直觀分析法、方差分析法和效應(yīng)分析法，但是這些方法對(duì)于多評(píng)價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)?zāi)M來說運(yùn)算量極大，計(jì)算困難，故本文采用矩陣分析方法[25]對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。矩陣分析方法不僅能夠計(jì)算出影響試驗(yàn)指標(biāo)各因素各水平的權(quán)重，而且能夠根據(jù)權(quán)重的大小快速得到最優(yōu)方案以及各影響因素的主次順序。現(xiàn)將錨桿長度、預(yù)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(qū)體積、頂?shù)装逡平俊蓭褪諗苛孔鳛樵囼?yàn)考察指標(biāo)層，分別求出各考察指標(biāo)的權(quán)矩陣，再得到影響巷道穩(wěn)定性的權(quán)矩陣，并最終得到錨桿不同參數(shù)對(duì)于巷道穩(wěn)定性的影響權(quán)重。

3.6 錨桿的檢驗(yàn)

錨桿的安裝質(zhì)量要想得到保障，通常要注意5個(gè)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(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)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(shí)現(xiàn)均勻受力，確保整個(gè)系統(tǒng)的承載力都受到了很大的提高。④用扳手?jǐn)Q緊螺母提升系統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力。⑤選擇質(zhì)量好、尺寸合適的錨桿，在設(shè)計(jì)好的位置進(jìn)行安裝，并確保錨桿狀態(tài)良好。

4 結(jié)語

綜上所述，在礦井快速的掘進(jìn)中，錨桿支護(hù)的技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，它能夠有效改變巷道支護(hù)的狀況，促進(jìn)安全和穩(wěn)定生產(chǎn)，而為了充分發(fā)揮此技術(shù)的優(yōu)勢，還需要做好對(duì)此技術(shù)的優(yōu)化，根據(jù)實(shí)際情況財(cái)務(wù)科學(xué)的支護(hù)方案，從而為礦井的快速掘進(jìn)提供保障[3]。