劉 宏，張 帥

煤礦錨桿支護(hù)應(yīng)用過程中存在問題的分析

劉 宏1，張 帥2

（1．神華烏海能源公司安監(jiān)局；2.神華烏海能源公司生產(chǎn)技術(shù)部，016000）

列舉了錨桿支護(hù)的一些常規(guī)概念，設(shè)計(jì)制作施工等方面存在的問題，通過理論分析，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和對(duì)材料的檢測(cè)檢驗(yàn)，提出解決問題的方法。

錨固力；拉拔力；預(yù)緊力；預(yù)緊力矩；問題；分析

錨桿支護(hù)是當(dāng)前煤礦巷道支護(hù)采用的一種有效較為普遍的主動(dòng)支護(hù)方式，由一個(gè)抗拉強(qiáng)度高于巖土體的桿體、桿體一端可以和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結(jié)）阻力、桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對(duì)巖土體的徑向阻力組成，錨桿作為深入地層的受拉構(gòu)件，它一端與工程構(gòu)筑物連接，另一端深入地層中，整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區(qū)域，其功能是對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力；錨固段是錨固藥劑體將預(yù)應(yīng)力筋與土層粘結(jié)的區(qū)域，其功能是將錨固體與土層的粘結(jié)摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。由于其具有顯著提高圍巖穩(wěn)定性，成巷速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，提高斷面利用率，簡(jiǎn)化回采工作面端頭工藝，明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)等條件優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。但還存在認(rèn)識(shí)上的模糊以及操作上的不規(guī)范等一些問題。

1 錨固力與錨桿拉拔力

1.1 定義

錨固力是指錨桿對(duì)圍巖產(chǎn)生的約束力，分為錨桿工作錨固力和設(shè)計(jì)錨固力，錨桿工作錨固力包括初錨力和正常工作時(shí)的錨固力，通常說的錨固力指錨桿正常工作時(shí)的錨固力。

拉拔力是指阻止錨桿從巖體中拔出的力，分為設(shè)計(jì)和檢測(cè)拉拔力，通常指設(shè)計(jì)拉拔力，其值應(yīng)大于錨桿破斷力。拉拔力通常用于錨桿施工質(zhì)量檢測(cè)，其值應(yīng)不小于設(shè)計(jì)錨固力。

1.2 錨桿錨固力與拉拔力的區(qū)別

（1）錨桿錨固力是錨桿對(duì)圍巖產(chǎn)生的約束力，是限制圍巖變形，起支護(hù)作用的力。拉拔力是錨桿錨固后拉拔實(shí)驗(yàn)時(shí)，所能承受的極限載荷，反映的是桿體，錨固劑、巖石粘結(jié)到一起后，錨桿破斷或失效的最大拉力。

（2）錨桿錨固力隨著支護(hù)圍巖變形，膨脹而增大，是一個(gè)動(dòng)態(tài)并不斷變化的力。錨桿拉拔力是一個(gè)固定值，不隨圍巖變形和錨桿受力而改變。

（3）錨桿錨固力檢測(cè)使用錨桿測(cè)力計(jì)，檢測(cè)錨固力是為了監(jiān)測(cè)錨桿受力狀況。錨桿拉拔力拉測(cè)使用錨桿拉力計(jì)，檢測(cè)拉拔力是為了查驗(yàn)錨桿桿體，錨固劑、巖石三者之間粘結(jié)程度。

（4）檢查錨桿施工質(zhì)量時(shí)，一般檢查錨桿拉拔力。監(jiān)測(cè)分析錨桿工作情況時(shí)測(cè)錨固力，測(cè)量錨固力是為了驗(yàn)證分析錨桿工作情況時(shí)測(cè)錨固力，測(cè)量錨固力量是為了驗(yàn)證支護(hù)的可靠性，為以后修改支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。設(shè)計(jì)和施工時(shí)，必須保證錨桿拉拔力大于桿體破斷力這一基本原則，但常見錯(cuò)誤是設(shè)計(jì)的錯(cuò)桿拉拔力小于桿體破斷力。

（5）施工、設(shè)計(jì)錨桿錨固力與拉拔力經(jīng)?；煜?。一方面是由于一些標(biāo)準(zhǔn)，教科書說法不一，造成混亂；另一方面對(duì)二者內(nèi)涵認(rèn)識(shí)理解有誤，辨識(shí)不清。

2 預(yù)緊力和預(yù)緊力矩

2.1 定義

預(yù)緊力也稱錨力，在安裝錨桿（錨索）時(shí)，通過擰緊螺母或采用張拉方法施加在錨桿（錨索）上的拉力，單位kN。預(yù)緊力矩是擰緊螺母使螺桿達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)緊力時(shí)，施加到螺母上的力矩，單位N·m。

2.2 預(yù)緊力和預(yù)緊力矩關(guān)系

（1）二者有定性的關(guān)系，通常預(yù)緊力矩越大，預(yù)緊力越大，但非線關(guān)系。

（2）預(yù)緊力是力，是施加在錨桿（錨索）上的拉力，單位kN：預(yù)緊力矩是力矩，施加在壓緊螺母上，單位N·m。

（3）二者測(cè)量?jī)x器不同。預(yù)緊力通過錨桿測(cè)力計(jì)觀測(cè)，預(yù)緊力矩則通過力矩扳手觀測(cè)。

（4）錨桿施工設(shè)計(jì)要求的是預(yù)緊力，而不是預(yù)緊力矩。但在實(shí)際施工過程中，由于預(yù)緊力矩測(cè)讀方便，且預(yù)緊力隨著預(yù)緊力矩增大，通過直接檢測(cè)預(yù)緊力矩就能達(dá)到間接檢測(cè)錨桿預(yù)緊力的目的。因此，錨桿安裝時(shí)通常檢測(cè)預(yù)緊力矩。

3 預(yù)緊力的作用和要求

（1）預(yù)緊力能夠發(fā)揮錨桿主動(dòng)支護(hù)作用，特別是在層狀巖層、破壞圍巖條件下，增大預(yù)緊力能夠改變圍巖性質(zhì)，保持圍巖穩(wěn)定，有利于對(duì)圍巖支護(hù)。

（2）如果頂板圍巖有整體離層冒落的趨勢(shì)時(shí)，只有預(yù)緊力大于潛在冒落圍巖重量時(shí)，才能阻止圍巖離層趨勢(shì)的出現(xiàn)和繼續(xù)發(fā)展，才能發(fā)揮錨桿主動(dòng)支護(hù)的作用。

（3）錨桿預(yù)緊力矩越大越好，但由于受錨桿機(jī)具限制，往往預(yù)緊力和初錨力都不能達(dá)到一個(gè)較高的數(shù)值。

（4）錨桿能夠有效發(fā)揮主動(dòng)支護(hù)作用，只有當(dāng)預(yù)緊力達(dá)到一定程度后，才能使受支護(hù)圍巖層形成組合梁或組合拱的結(jié)構(gòu)。合適的預(yù)緊力范圍應(yīng)該是下限大于被支護(hù)圍巖的重量，上限為錨桿屈服強(qiáng)度的70%。

4 錨桿設(shè)計(jì)中存在的問題及注意事項(xiàng)

對(duì)支護(hù)條件的研究不夠，設(shè)計(jì)馬虎，生搬硬套，一成不變，是設(shè)計(jì)中的主要問題。錨桿設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用懸吊理論來計(jì)算錨桿的直徑，這種設(shè)計(jì)在礦壓小，圍巖運(yùn)動(dòng)方向與錨桿平行的條件下適用，但在高應(yīng)力，圍巖運(yùn)動(dòng)方向與錨桿方向不一致時(shí)受到限制。要貫徹“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”的思想，在滿足通風(fēng)、運(yùn)輸、行人的前提下，巷道的設(shè)計(jì)高度和寬度應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)淖冃瘟俊１仨氝x擇性能穩(wěn)定質(zhì)量可靠的錨桿及其它支護(hù)產(chǎn)品。另外不僅要考慮錨桿拉伸強(qiáng)度，還要考慮剪切強(qiáng)度，否則會(huì)造成支護(hù)強(qiáng)度不夠，產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象。對(duì)難維護(hù)復(fù)雜條件的支護(hù)設(shè)計(jì)，必須提高支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)等級(jí)，如大跨度、交叉點(diǎn)、軟弱破碎不穩(wěn)定煤、巖層，應(yīng)采用加長(zhǎng)或全長(zhǎng)錨固、錨帶索、桁架等聯(lián)合支護(hù)方式。

5 錨桿施工過程中存在的問題

（1）錨桿、錨索支護(hù)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)。錨桿、錨索支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)絕大多數(shù)采用工程類比法，支護(hù)形式和參數(shù)不盡合理，有可能支護(hù)強(qiáng)度太高，造成支護(hù)強(qiáng)度過剩，浪費(fèi)了材料；再者在松、散、軟等特殊地質(zhì)條件下支護(hù)強(qiáng)度可能不足，出現(xiàn)片幫、冒頂事故。

（2）錨桿、錨索支護(hù)材料的質(zhì)量不能完全達(dá)到要求。如鋼材質(zhì)量、加工的螺紋質(zhì)量、樹脂藥卷質(zhì)量均直接影響支護(hù)質(zhì)量。

（3）錨桿、錨索支護(hù)監(jiān)測(cè)儀器與技術(shù)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。常用儀器的精確度、實(shí)用性不盡完善，不能完全真實(shí)反映錨桿、錨索支護(hù)效果。

（4）對(duì)施工條件的變化掌握不夠，不注意觀察頂板巖性、水、斷層及裂隙的變化，造成支護(hù)形式、支護(hù)強(qiáng)度不能適應(yīng)支護(hù)條件的變化。

（5）錨桿眼深控制不到位。錨桿眼過深或過淺，都會(huì)造成降低錨桿的有效錨固長(zhǎng)度。

（6）初錨力、錨固力的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)不到位，錨固劑用量，用法不符合設(shè)計(jì)，忽視了錨桿（索）的二次緊固。

（7）現(xiàn)有技術(shù)條件下，施工因素是直接影響錨桿、錨索支護(hù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。施工人員安裝錨桿（索）攪拌后，圖省事，安上就拉，降低了錨桿（索）的預(yù)緊力。對(duì)錨桿、錨索支護(hù)理論的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)錨桿安裝質(zhì)量不到位，不能完全按設(shè)計(jì)施工。施工中常見的巷道成型差，錨桿托板不切巖面，造成錨桿失效；安裝過程采用的機(jī)具、工藝不同，導(dǎo)致臨近錨桿安裝后預(yù)緊力不同，支護(hù)阻力增長(zhǎng)不同均影響了支護(hù)效果。

6 結(jié)論

錨桿支護(hù)技術(shù)經(jīng)過不斷的研究、應(yīng)用、發(fā)展，已成為目前礦山支護(hù)的主要技術(shù)手段。錨桿支護(hù)理論也得到了發(fā)展。但支護(hù)中存在著許多問題，主要問題是現(xiàn)場(chǎng)管控不到位，導(dǎo)致支護(hù)效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，要加強(qiáng)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)管控。確保錨桿支護(hù)技術(shù)得到發(fā)展和提高、以適應(yīng)更加復(fù)雜的地質(zhì)條件。

TD353.6

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2095-2066（2016）32-0094-02

2016-11-2

劉 宏（1975-），寧夏平羅黃渠橋人，注冊(cè)安全工程師、機(jī)電助理工程師、初級(jí)爆破工程師，1997年參加工作，現(xiàn)任神華烏海能源公司安監(jiān)局主管。