錨桿拉力計(jì)在錨桿支護(hù)技術(shù)探索

        錨桿支護(hù)作為一種主動(dòng)支護(hù)形式，能及時(shí)加固圍巖，提高圍巖強(qiáng)度及其承載能力，支護(hù)效果好，支護(hù)成本低，有利于工作面端頭維修，便于實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效。隨著煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)日趨成熟，從錨桿設(shè)計(jì)，支護(hù)材料到施工工藝、安全監(jiān)測(cè)等方面，己形成了適合我礦特點(diǎn)的煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)，其應(yīng)用范圍也從Ⅰ～Ⅲ類煤巷，逐漸發(fā)展到Ⅳ～Ⅴ類煤巷，為大面積推廣應(yīng)用錨桿支護(hù)，尤其在全煤巷道中試驗(yàn)錨桿支護(hù)創(chuàng)造了有利條件。

一、煤巷道圍巖變形破壞特點(diǎn)

在回采巷道礦壓與支護(hù)方面提出了一種新理論，即最大水平主應(yīng)力理論。這一理論認(rèn)為，圍巖層狀特征比較突出的回采巷道開挖后引起應(yīng)力重新分布時(shí)，垂直應(yīng)力向兩幫轉(zhuǎn)移，水平應(yīng)力向頂?shù)装遛D(zhuǎn)移，從而引起集中應(yīng)力，垂直應(yīng)力的影響主要顯現(xiàn)于兩幫，導(dǎo)致兩幫煤體破壞；而水平應(yīng)力的影響則主要顯現(xiàn)于頂、底板巖層，引起頂板離層或底板鼓起。

二、巷道圍巖應(yīng)力集中效應(yīng)

巷道開挖，引起應(yīng)力集中，使煤層受到附加集中應(yīng)力的作用，由于煤層松散破碎，抵抗水平應(yīng)力的能力極低，頂煤中會(huì)產(chǎn)生大范圍的塑性區(qū)。離散元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，巷道開挖后巷道頂煤基本卸載，形成近似矩形的卸載松動(dòng)區(qū)，頂煤破壞區(qū)達(dá)到巖石頂板，煤頂下沉量達(dá)242mm，而巷道兩幫煤體雖然出現(xiàn)了大片塑性區(qū)，深度達(dá)4m，但并未產(chǎn)生松動(dòng)破壞，煤體仍保持較高的殘余強(qiáng)度，其位移量也較小，僅為55.3mm。厚煤層中巷道開挖后，使煤層抵抗水平應(yīng)力的截面大為減少，巷道周圍煤體抵抗水平應(yīng)力的能力隨之明顯降低，煤體極易沿水平層理面向巷道空間擠入，致使巷道頂板的煤體受水平應(yīng)力作用而產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。甚至導(dǎo)致頂板煤層冒落。

三、全煤巷道錨桿支護(hù)機(jī)理分析 錨桿拉力計(jì)在錨桿支護(hù)技術(shù)探索

目前錨桿支護(hù)有三種理論：懸吊理論、組合梁和加固成型拱理論。但對(duì)于頂板為煤層的全煤巷道而言，這些理論仍無(wú)法解釋錨桿支護(hù)對(duì)全煤巷道的作用機(jī)理。隨著我礦錨桿支護(hù)研究結(jié)果表明，錨桿支護(hù)對(duì)于提高圍巖（特別是松散圍巖）自身的最大承載能力沒(méi)有明顯效果，但當(dāng)圍巖產(chǎn)生塑性破壞后，對(duì)提高圍巖的殘余強(qiáng)度及承載能力有顯著效果；錨桿與其錨固范圍內(nèi)的煤體構(gòu)成一種組合型錨固支護(hù)體，在錨桿的約束與抗剪作用下，使塑性破壞后易于松動(dòng)的煤體或煤頂形成具有一定承載能力，并可適應(yīng)圍巖變形的平衡拱，從而提高了煤體的整體性，防止頂煤松散冒落，錨固平衡拱內(nèi)存在著關(guān)鍵承載環(huán)，對(duì)巷道頂板可起到有效的支承作用。全煤巷道的關(guān)鍵技術(shù)主要是治頂，只要維持頂煤的穩(wěn)定，就能保證巷道圍巖的基本穩(wěn)定。而全長(zhǎng)錨固錨桿的作用就是通過(guò)對(duì)其錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)的煤體提供軸向和橫向約束，可有效地阻止煤塊體之間的相互錯(cuò)動(dòng)，防止錨固體的松散變形，保持錨固體的整體性，從而提高頂煤的承載能力和穩(wěn)定性。

四、錨桿的兩種約束效應(yīng) 錨桿拉力計(jì)在錨桿支護(hù)技術(shù)探索

巷道頂板為層狀巖層或松散煤體時(shí)，需采取組合錨桿支護(hù)方式，用金屬網(wǎng)及W型鋼帶把錨桿聯(lián)結(jié)起來(lái)，從而對(duì)頂煤起到整體加固作用。此外，由于頂煤與巖層界面上容易產(chǎn)生離層現(xiàn)象，導(dǎo)致頂煤下沉，當(dāng)錨固體不能承受頂板壓力時(shí)，甚至?xí)�造成頂板冒落。在這種條件下，最有效的方法就是采用錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。錨索的錨固深度大，承載能力高，并可施加100kN以上的預(yù)緊力，因此可以有效地增加關(guān)鍵承載環(huán)的厚度，起到防止頂煤破壞冒落的作用。（見圖）

五、試驗(yàn)方案 錨桿拉力計(jì)在錨桿支護(hù)技術(shù)探索

根據(jù)我礦試驗(yàn)頂板巖層條件，確定采用組合錨桿支護(hù)，即全長(zhǎng)樹脂錨固的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿＋金屬網(wǎng)＋W型鋼帶＋樹脂錨固小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索。高強(qiáng)錨桿以加固作用為主，使其錨固范圍內(nèi)的頂煤形成“錨固平衡拱”；錨索以懸吊作用為主，把潛在冒落范圍內(nèi)的頂煤懸吊在上部比較穩(wěn)定的頂板巖層上，加大“錨固平衡拱”厚度，阻止頂煤下沉及冒落。煤幫錨桿采用18mm金屬錨桿。

六、試驗(yàn)結(jié)果 錨桿拉力計(jì)在錨桿支護(hù)技術(shù)探索

我礦全煤巷道組合錨桿支護(hù)試驗(yàn)取得了成功，錨桿支護(hù)效果顯著，頂幫煤體的整體性和穩(wěn)定性較好，頂煤平均下沉量度為152.5mm，兩幫相對(duì)移近量平均179.5mm，巷道斷面平均收縮率僅為12.8%。而同類條件下采用礦工梯形支架支護(hù)時(shí)頂板下沉量可達(dá)450mm，是試驗(yàn)巷道頂板下沉量的3倍，支架損壞也比較嚴(yán)重，冒頂事故時(shí)有發(fā)生，需要經(jīng)常翻修，浪費(fèi)了大量的人力物力，并且給綜采工作面上下端頭維護(hù)帶來(lái)嚴(yán)重困難。采用組合錨桿支護(hù)全煤巷道，有效地控制了巷道圍巖的變形與破壞，一般情況下煤巷圍巖變形量不大，充分發(fā)揮了組合錨桿加固煤巖體的有效作用，保持了巷道圍巖的整體性和穩(wěn)定性，保證了巷道在整個(gè)服務(wù)期間內(nèi)不進(jìn)行任何維修，同時(shí)減化了綜采工作面端頭拆棚、替棚維護(hù)的工序，改善了工人的勞動(dòng)作業(yè)環(huán)境，為綜采實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

七、結(jié)論 錨桿拉力計(jì)在錨桿支護(hù)技術(shù)探索

（1）通過(guò)礦壓顯現(xiàn)，組合錨桿在松散巷道中才能保證經(jīng)受回采動(dòng)壓影響時(shí)能始終保持錨桿不受破壞。

（2）全煤巷道組合錨桿支護(hù)技術(shù)對(duì)于頂、幫煤體支護(hù)效果好，形成錨固平衡拱，有效地保持了其完整性和穩(wěn)定性，巷道斷面平均收縮率僅為12.8%，巷道在整個(gè)服務(wù)期限內(nèi)不需維修，簡(jiǎn)化了綜采面端頭的維護(hù)工序，確保了綜采面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)及安全生產(chǎn)。

（3）、全煤巷道采用組合錨桿支護(hù)技術(shù)，不但具有顯著的技術(shù)成果，而且具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)與工字鋼梯形支護(hù)費(fèi)用比較，采用組合錨桿支護(hù)成本下降了20%。