張文濤

摘 要：隨著我國煤巷錨桿支護(hù)的推廣普及，在一些特殊的生產(chǎn)地質(zhì)條件下使用錨桿支護(hù)有一定困難，不足以維護(hù)工程的穩(wěn)定。為擴(kuò)大錨桿支護(hù)使用范圍，充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的經(jīng)濟(jì)、快速、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，在大斷面、地質(zhì)構(gòu)造破壞地段、頂板軟弱且較厚、高地應(yīng)力、綜放巷道等困難、復(fù)雜的巷道中，需要采用與錨桿支護(hù)相配套的支護(hù)形式和相關(guān)的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤巷；錨桿支護(hù)；預(yù)應(yīng)力錨索；注漿加固；組合錨桿

一、預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)

預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)在煤巷支護(hù)中占有重要地位，它具有錨固深度大、承載能力高、可施加較大的預(yù)緊力等特點(diǎn)，因而可獲得理想的支護(hù)加固效果。其加固范圍、支護(hù)強(qiáng)度、可靠性是普通錨桿支護(hù)所無法比擬的。

1.錨索的作用機(jī)理。預(yù)應(yīng)力錨固是把錨索埋入巖層內(nèi)部進(jìn)行預(yù)加應(yīng)力的施工技術(shù)，是傳遞主體結(jié)構(gòu)的支護(hù)應(yīng)力至深部穩(wěn)定巖層的主動(dòng)支護(hù)。其作用方式一般有3種：第一、自承拱作用。錨索安設(shè)鎖緊后，錨索集中應(yīng)力以45°壓力分布線傳遞至支護(hù)結(jié)構(gòu)物上，在預(yù)應(yīng)力作用下，圍巖產(chǎn)生壓縮，可使松散圍巖在錨索的彈性壓縮下形成“自承拱”，提高了圍巖的整體性和在抗力，增加其強(qiáng)度，其它力學(xué)性能也會(huì)得到改善，有效地控制了圍巖的有害變形的發(fā)展，增大了圍巖的穩(wěn)定程度。第二、組合梁作用。組合梁作用就是錨索穿過層狀巖層，使巖層層面和層理之間的摩擦力增大，增強(qiáng)圍巖的整體性，阻止巖層間的分離、位移，提高巖層的抗彎強(qiáng)度。第三、懸吊作用。懸吊作用就是錨索把不穩(wěn)定巖塊吊掛在穩(wěn)定巖體上，限制不穩(wěn)定巖塊的位移，防止其冒落。

2.錨索主要參數(shù)的確定。在進(jìn)行錨索設(shè)計(jì)時(shí)，可按自承拱作用、組合梁作用、懸吊作用進(jìn)行錨索主要參數(shù)的確定，即錨固長(zhǎng)度、錨索長(zhǎng)度、錨索的間排距，但由于巖層本身具有承載力，尤其是采用錨桿支護(hù)的頂板，圍巖強(qiáng)度得到了提高，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到此因素。根據(jù)大量的現(xiàn)場(chǎng)成功試驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮到巖性和施工等影響因素及安全系數(shù)，錨固長(zhǎng)度為：水泥漿錨固，最小錨固長(zhǎng)度為2.5m；樹脂錨固，最小錨固長(zhǎng)度為1.0m；錨索長(zhǎng)度，可根據(jù)巖性和鉆眼機(jī)具能力進(jìn)行綜合考慮，一般為5-8m。錨頭端張拉長(zhǎng)度不小于300mm；錨索的間排距e和長(zhǎng)度L一般宜滿足L：e≥2。

二、巷道圍巖注漿加固

1.圍巖注漿加固機(jī)理。（1）注漿提高巷道圍巖弱面的強(qiáng)度和變形模量漿液固結(jié)體的強(qiáng)度不一定比圍巖高，但加固材料具有較大的粘結(jié)力，可顯著提高弱面的強(qiáng)度和剛度，某些材料的塑性變形較大，當(dāng)載荷較大時(shí)，固結(jié)體發(fā)生變形但不破壞，載荷主要有強(qiáng)度較高的圍巖承擔(dān)，圍巖的破壞由原來強(qiáng)度較低的弱面控制轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度較高的圍巖控制。弱面強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)性能的改善，大大地提高了巖體的強(qiáng)度，從而提高了圍巖的自身承載能力，改善圍巖維護(hù)狀況。（2）充填壓密裂隙。注漿時(shí)漿液在泵壓的作用下，滲透充填一些裂隙，另外經(jīng)擠壓可以使一些充填不到的裂隙閉合，提高圍巖的強(qiáng)度，降低巖體的孔隙率，可大幅度提高巖體的強(qiáng)度。裂隙內(nèi)充滿加固材料壓密后，將由二向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，而巖體在三向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的強(qiáng)度比二向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)顯著增大，并且脆性減弱、塑性增強(qiáng)。（3）注漿封閉水源、隔絕空氣。由理論研究和工程實(shí)踐得知水對(duì)巷道圍巖有軟化、溶蝕等作用，能顯著降低巷道圍巖的強(qiáng)度，風(fēng)化也會(huì)對(duì)圍巖強(qiáng)度造成較大的損失。圍巖注漿后，隔離巷道流水及防止或減輕水對(duì)圍巖的軟化，同時(shí)也有效地防止圍巖風(fēng)化。

2.注漿加固主要參數(shù)的確定。注漿加固屬于隱蔽性工程，注漿加固工程的地質(zhì)條件及應(yīng)力狀況具有復(fù)雜多變的特性，這給注漿參數(shù)的理論計(jì)算帶來了困難。目前的注漿理論都是在一定假設(shè)、簡(jiǎn)化條件下建立的，與工程實(shí)際有一定差距。注漿加固參數(shù)的設(shè)計(jì)一般以理論計(jì)算作為參考，根據(jù)工程類比法及現(xiàn)場(chǎng)注漿實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。注漿加固主要參數(shù)有：注漿時(shí)間、注漿壓力、注漿量、漿液擴(kuò)散半徑、漿液固結(jié)體力學(xué)性能的確定及注漿孔的布置。

三、組合錨桿支護(hù)

1.組合錨桿支護(hù)機(jī)理。（1）由于錨桿預(yù)緊力和錨桿工作阻力的作用，可提高巷道圍巖C值，增加巷道頂板和兩幫的承載能力。（2）鋼帶、金屬網(wǎng)將單體錨桿群聯(lián)系在一起，從而改善和平衡了巷道頂板各部位的受力和變形狀態(tài)，避免和消除了因局部破壞而導(dǎo)致整個(gè)支護(hù)體系失穩(wěn)、失效的不良影響，使圍巖始終保持良好的支護(hù)狀態(tài)。（3）錨桿、鋼帶聯(lián)成一體，對(duì)頂板彎曲變形具有明顯的限制作用，比單體錨桿更能有效地阻止頂板巖層節(jié)理、裂隙的發(fā)生和擴(kuò)展，從而提高了頂板巖層的完整性和穩(wěn)定性。（4）組合錨桿支護(hù)中金屬網(wǎng)的整體護(hù)頂作用效果顯著。金屬網(wǎng)的作用一方面全面護(hù)頂，使頂板受力均勻；另一方面即使局部巖石脫離巖體，在網(wǎng)的撐托作用下不致冒落下來，有效地控制了圍巖的破壞，保證了整體支護(hù)體系發(fā)揮正常支護(hù)作用。（5）W鋼帶作為組合錨桿中的主要支護(hù)構(gòu)件，具有連接錨桿、金屬網(wǎng)和圍巖體為一整體的綜合作用，把錨桿和圍巖加固接連為一體，使之性能更加匹配，使圍巖受力更趨于均勻，特別是加強(qiáng)了對(duì)錨桿之間的圍巖支護(hù)作用，克服了錨桿群支護(hù)的不足，提高了組合錨桿對(duì)圍巖的整體支護(hù)效果。

2.組合錨桿支護(hù)參數(shù)的確定。組合錨桿支護(hù)參數(shù)包括：梁、鋼帶、金屬網(wǎng)的材料與規(guī)格，錨桿的主要力學(xué)參數(shù)（錨固方式、錨固力、錨桿直徑、長(zhǎng)度、間排距）。目前對(duì)組合錨桿支護(hù)參數(shù)的確定更多地依賴于現(xiàn)場(chǎng)專家和工程類比法，設(shè)計(jì)方法具有很大的局限性，設(shè)計(jì)的參數(shù)不合理，嚴(yán)重地影響了錨桿支護(hù)的支護(hù)效果。因此尋求可靠、科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方法還需做進(jìn)一步的研究工作。

四、結(jié)語

在特殊的地質(zhì)和開采技術(shù)條件下，采用預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)、注漿加固技術(shù)、組合錨桿支護(hù)技術(shù)是擴(kuò)大錨桿支護(hù)的應(yīng)用范圍、充分發(fā)揮錨桿支護(hù)作用的有效的技術(shù)措施。為此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)各自支護(hù)機(jī)理和支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的研究工作，確定出科學(xué)、合理、可靠的支護(hù)技術(shù)措施，將進(jìn)一步推動(dòng)我國錨桿支護(hù)的發(fā)展，提高我國的錨桿支護(hù)技術(shù)水平。