【摘要】本文通過(guò)紅會(huì)礦的支護(hù)改革實(shí)踐，分析了錨桿支護(hù)安裝載荷的作用機(jī)理。合理安裝載荷的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)是圍巖支護(hù)的重要因素之一。通過(guò)對(duì)錨桿安裝載荷和其他相關(guān)因素的改進(jìn)，紅會(huì)礦巷道支護(hù)狀況得到了很大改善。并成功支護(hù)和維護(hù)了受上層煤高支承壓力影響的巷道。

【關(guān)鍵詞】安裝載荷；主動(dòng)加固梁；無(wú)效主動(dòng)加固空間

1、引言

適當(dāng)提高安裝載荷可以起到早期及時(shí)支護(hù)的作用，防止巷道圍巖早期變形和離層。捷馬公司和紅會(huì)礦最近兩年對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行了全面改革。作為支護(hù)改進(jìn)的參數(shù)之一，對(duì)錨桿的安裝載荷進(jìn)行了系統(tǒng)的研究試驗(yàn)并應(yīng)用到支護(hù)實(shí)踐中。紅會(huì)四礦的巷道支護(hù)狀況得到了很大提高。并成功的支護(hù)和維護(hù)了受一煤層4602面支承壓力影響的4701工作面的回風(fēng)順槽。本文只闡述安裝載荷方面的改進(jìn)。

2、安裝載荷作用機(jī)理探討

2.1改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)加強(qiáng)圍巖自承能力

安裝應(yīng)力是改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)和加強(qiáng)圍巖自承能力的源泉。通過(guò)摩爾應(yīng)力圓和強(qiáng)度準(zhǔn)則可以得到定性的解釋。錨桿支護(hù)系統(tǒng)圍巖變形破壞和支護(hù)過(guò)程經(jīng)過(guò)一下幾個(gè)步驟如圖1所示：

（1）巷道開挖前：如圖所示，巷道開挖前，巖石處于三向應(yīng)力狀態(tài)，摩爾強(qiáng)度曲線遠(yuǎn)離應(yīng)力圓，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）巷道開挖后支護(hù)之前：巷道圍巖表面處于單向應(yīng)力狀態(tài)，摩爾應(yīng)力圓內(nèi)移并與Y軸相切。同時(shí)由于開挖后引起的應(yīng)力集中造成巷道變形破壞，造成圍巖的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ降低，摩爾強(qiáng)度曲線一方面下降另一方面斜率減少。最終強(qiáng)度曲線和應(yīng)力圓相切相交，剪應(yīng)力大于圍巖的強(qiáng)度，圍巖逐步產(chǎn)生變形破壞。

（3）錨桿（鎖）主動(dòng)支護(hù)：如圖所示，在錨桿（鎖）安裝過(guò)程中，通過(guò)扭矩及時(shí)的施加適當(dāng)?shù)闹鲃?dòng)安裝載荷。一方面變圍巖單向應(yīng)力狀態(tài)成三向應(yīng)力狀態(tài)，外推應(yīng)力圓，安裝載荷越大，應(yīng)力圓外推距離越遠(yuǎn)，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。另一方面，在安裝載荷的作用下，已經(jīng)變形破壞圍巖的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ將增加，強(qiáng)度曲線上移斜率加大。最終結(jié)果是強(qiáng)度曲線遠(yuǎn)離應(yīng)力圓。

綜上所述，安裝載荷對(duì)巷道支護(hù)是關(guān)鍵因素之一，適當(dāng)?shù)陌惭b載荷可以改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，增加圍巖的自承能力。

2.2主動(dòng)及時(shí)支護(hù)改善錨桿（鎖）工作性能

為了研究安裝載荷對(duì)錨桿工作特性的影響，進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)室和井下錨桿測(cè)試如圖2所示。圖中包括三條測(cè)試曲線，一條是按設(shè)計(jì)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試曲線（中），一條是現(xiàn)場(chǎng)有安裝載荷（6噸）測(cè)試曲線（上），一條是現(xiàn)場(chǎng)無(wú)安裝載荷測(cè)試曲線（下）。

（1）實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)計(jì)曲線：從圖中可以看出，按設(shè)計(jì)錨桿在頂板變形12mm對(duì)頂板所提供的支護(hù)阻力應(yīng)該達(dá)到18噸左右。然后隨著頂板的不斷變形產(chǎn)生屈服，塑性強(qiáng)化，最后破斷。達(dá)到了限制早期變形及時(shí)主動(dòng)的要求。

（2）現(xiàn)場(chǎng)無(wú)安裝應(yīng)力測(cè)試：從圖中可以看出，頂板在下沉40mm之前錨桿受力很小。頂板變形達(dá)到42mm后，錨桿對(duì)頂板的支護(hù)阻力才達(dá)到18噸。與設(shè)計(jì)要求相差很遠(yuǎn)。其原因主要是頂板變形時(shí)，首先要壓實(shí)浮矸，鋼帶，金屬網(wǎng)以及頂板的部分變形。這可能會(huì)產(chǎn)生兩種情況：一種情況是如果錨桿足夠長(zhǎng)，圍巖變形很大，錨桿將承受很大的變形碎漲載荷，桿體強(qiáng)度不大時(shí)發(fā)生破斷、托盤翻盤；另一種情況是由于圍巖早期變形大，造成松散破碎圈內(nèi)移，直至超出錨桿的錨固范圍，從而造成錨桿支護(hù)系統(tǒng)失效而隨圍巖一起外移，這時(shí)盡管圍巖變形很大但錨桿受力很小。

（3）現(xiàn)場(chǎng)6噸安裝應(yīng)力測(cè)試：從圖中可以看到，錨桿系統(tǒng)首先在頂板離層變形前給頂板施加6t的安裝應(yīng)力，然后隨著圍巖的變形，錨桿載荷迅速增加到其設(shè)計(jì)工作載荷，此時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)工作載荷時(shí)的圍巖變形只有5mm，錨桿系統(tǒng)起到了早期、主動(dòng)的支護(hù)作用。

綜上所述，安裝載荷是主動(dòng)及時(shí)支護(hù)的源泉，是保證錨桿設(shè)計(jì)工作性能的先決條件。施工過(guò)程中所施加的安裝載荷的大小會(huì)直接影響到錨桿的工作狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起錨桿支護(hù)系統(tǒng)失效。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)和分析，在紅會(huì)礦的條件下安裝載荷不小于4噸。

3、安裝載荷的實(shí)現(xiàn)和質(zhì)量保證

綜上所述，安裝載荷在錨桿（鎖）支護(hù)系統(tǒng)中起到非常重要的作用。安裝載荷是錨桿安裝質(zhì)量的重要標(biāo)之一。安裝載荷的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)安裝機(jī)具通過(guò)扭扭上緊錨桿的螺母實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)上，現(xiàn)場(chǎng)都是通過(guò)規(guī)定安裝扭矩的方法保證安裝，然而很少知道所規(guī)定的安裝扭矩能夠轉(zhuǎn)化成多大安裝載荷。不同類型的錨桿和不同廠家生產(chǎn)的錨桿是截然不同的。為了保證安裝載荷的實(shí)現(xiàn)，紅會(huì)四礦對(duì)錨桿安裝進(jìn)行了改革。首先是對(duì)安裝載荷和安裝扭矩進(jìn)行了井下試驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可以得到，對(duì)于所測(cè)試的錨桿，載荷扭矩比為1.8噸/100Nm。要想達(dá)到4噸以上的設(shè)計(jì)安裝載荷，所需的扭矩不小于220Nm。從而得出質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)。

然而，傳統(tǒng)的檢查方法不可能每根錨桿都做檢查，同時(shí)在巷道較高的情況下，頂板錨桿質(zhì)檢比較困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題，紅會(huì)礦和捷馬公司采用了安裝應(yīng)力顯示錨桿，此種錨桿在操作工安裝過(guò)程中可以方便的通過(guò)載荷顯示器看到安裝載荷是否達(dá)到基本要求。從而保證安裝載荷。

經(jīng)過(guò)近兩年對(duì)巷道支護(hù)的改進(jìn)，紅會(huì)礦取得了明顯的效果。并成功的支護(hù)和維護(hù)了受一煤層4602面支承壓力影響的4701工作面的回風(fēng)順槽。解決了巷道多次翻修的問(wèn)題，為安全，經(jīng)濟(jì)，快速的巷道掘進(jìn)和回采工作回采創(chuàng)造了條件。

參考文獻(xiàn)

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