程 續(xù) 張向東 葉文龍

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000)

0 引言

錨桿支護(hù)技術(shù)在巷道支護(hù)中已擁有100多年的發(fā)展歷程，最早是1912年在Xie in erz(Germany)上提出。我國(guó)在20世紀(jì)50年代開(kāi)始使用錨桿支護(hù)技術(shù)，1978年正式推廣，20世紀(jì)90年代，我們從澳大利亞引進(jìn)了更先進(jìn)的技術(shù)，并進(jìn)行了廣泛的推廣應(yīng)用[1]。經(jīng)過(guò)多年的研究與應(yīng)用，錨桿支護(hù)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，成為我國(guó)巷道支護(hù)的主要形式之一。

1 錨桿支護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 錨桿分類(lèi)

錨桿大體上可以分為金屬錨桿和非金屬錨桿兩類(lèi)，不同類(lèi)型的錨桿適用范圍和作用效果是不同的，金屬錨桿有：1)縫管式錨桿；2)漲殼錨桿；3)楔縫錨桿；4)倒楔錨桿；5)脹管式錨桿；6)中空注漿錨桿；7)復(fù)合錨固錨桿；8)樹(shù)脂錨桿；9)水泥砂漿錨桿；10)水泥錨桿。非金屬錨桿有：1)木錨桿；2)竹錨桿；3)玻璃鋼錨桿[2]。

1.2 錨桿支護(hù)機(jī)理

在進(jìn)行巷道開(kāi)挖時(shí)，巖體的應(yīng)力平衡狀態(tài)會(huì)遭到破壞，應(yīng)力場(chǎng)重新分布，為了防止巷道發(fā)生坍塌保持其穩(wěn)定性需在掘進(jìn)后進(jìn)行支護(hù)。錨桿加固技術(shù)是一種柔性加固技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)巖石和土壤的承載力，使巖體的穩(wěn)定性得到提高。同時(shí)加固體不被破壞[3]，對(duì)圍巖的作用主要是組合梁作用和擠壓加固拱作用[4]。

1.3 錨桿支護(hù)特點(diǎn)

1)支護(hù)成本低。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，錨桿技術(shù)在材料利用方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，有效地減少了巷道支護(hù)材料投資和運(yùn)輸，大大降低了支撐材料的成本[5]。錨桿支護(hù)不需要占用太多空間，不占用巷道的工作段，所以在開(kāi)挖巷道時(shí)，隧道斷面可以適當(dāng)減小，可以減少開(kāi)挖工作，有效降低開(kāi)挖費(fèi)用[6]，同時(shí)由于支護(hù)面積縮小和錨桿支護(hù)的穩(wěn)定性好使得維護(hù)成本也得以降低。

2)施工難度低。由于錨桿支護(hù)中使用的材料較少，材料運(yùn)輸?shù)墓ぷ髁看蟠鬁p少，施工進(jìn)度明顯加快，這為加速掘進(jìn)創(chuàng)造了相當(dāng)便利的條件[6]。在采礦過(guò)程中，因?yàn)樗迷系臏p少，在支撐過(guò)程中，施工難度會(huì)降低，同時(shí)保證了采礦的安全性，顯著降低礦工的工作量。錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低。它可以緊跟開(kāi)挖面，為提高開(kāi)挖速度提供了有力的保障[6]。

3)支護(hù)作用迅速。與傳統(tǒng)的支撐方法相比，在錨桿支護(hù)中使用的源料較少，并且可以機(jī)械化施工。在隧道開(kāi)挖中，它顯著加快了運(yùn)輸速度，提高了支護(hù)的效率。錨桿支護(hù)的施工工藝簡(jiǎn)單、方便，可在掘進(jìn)之后立刻進(jìn)行施工，在快速掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)圍巖支護(hù)進(jìn)行機(jī)械化施工是非常有利的[5]。

4)支護(hù)效果顯著。錨桿支護(hù)的支撐原理是主動(dòng)支護(hù)。施工后，錨桿可以在圍巖的深部加固，它可以快速地構(gòu)造一個(gè)完整的承載結(jié)構(gòu)，利用周?chē)鷰r石的自身強(qiáng)度，達(dá)到充分施展圍巖自承載力的目的，它在巷道圍巖的安全性和穩(wěn)定性方面有著積極的作用[6]。

2 我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)錨固技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間并不長(zhǎng)，早在100多年前，國(guó)外就已經(jīng)采用了錨桿支護(hù)技術(shù)。國(guó)內(nèi)發(fā)展相對(duì)較晚，直至20世紀(jì)的中后期我國(guó)的一些礦山中才開(kāi)始大量使用該項(xiàng)技術(shù)。與國(guó)外相比，我國(guó)的錨桿支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了起步、攻關(guān)、消化、推廣四個(gè)階段。1)在20世紀(jì)80年代中后期，通過(guò)對(duì)煤礦錨桿的應(yīng)用研究，研究了錨桿技術(shù)的基礎(chǔ)。2)從1991年到1995年，作為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目進(jìn)行了深入的研究，并逐步應(yīng)用于各種類(lèi)型的煤礦；3)1996年—1997年的引進(jìn)和消化階段，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和國(guó)外錨桿支護(hù)理論后，我國(guó)開(kāi)始結(jié)合本國(guó)國(guó)情和實(shí)際工程要求進(jìn)行自主研發(fā)，形成了擁有自主產(chǎn)權(quán)的錨桿支護(hù)技術(shù)；4)從1998年到現(xiàn)在，錨桿技術(shù)處于推廣階段，采用錨桿支護(hù)的比例一直在上升，且已經(jīng)走在了世界前列[7]。

3 錨桿支護(hù)技術(shù)存在的問(wèn)題

我國(guó)在礦山開(kāi)采和隧道建設(shè)工程中大量使用錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿技術(shù)日益成熟但仍然存在著一些亟待解決的問(wèn)題。

1)錨桿支護(hù)理論不夠完善。目前，我國(guó)錨桿支護(hù)的計(jì)算主要還是以傳統(tǒng)的懸吊、組合梁、加固拱原理計(jì)算得出，該理論最初的設(shè)計(jì)原理能滿(mǎn)足一般巷道支護(hù)要求，但在某些特殊的工程中無(wú)法滿(mǎn)足要求。

2)在研究錨桿支護(hù)理論時(shí)沒(méi)有將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。工程設(shè)計(jì)、施工過(guò)程等對(duì)錨桿的支護(hù)效果有著很大的影響，也必須對(duì)這些方面進(jìn)行研究，目前缺少對(duì)該領(lǐng)域的深入研究[3]。

3)監(jiān)控系統(tǒng)不夠科學(xué)和完善。監(jiān)測(cè)在工程施工中起著重大作用，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程隱患，為技術(shù)的改進(jìn)提供依據(jù)，但目前在錨桿支護(hù)領(lǐng)域缺少完整配套的監(jiān)測(cè)體系和設(shè)備。

4 錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展的展望

經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)有了飛躍式的發(fā)展和巨大的成就，但仍有一些問(wèn)題值得繼續(xù)深入研究：

1)加強(qiáng)圍巖的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)和分析，包括應(yīng)力分布、相互作用、圍巖的結(jié)構(gòu)和圍巖的強(qiáng)度，對(duì)圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)還需進(jìn)行深入的研究和分析[2]。

2)錨桿支護(hù)理論還需進(jìn)行深入的研究。錨桿支護(hù)技術(shù)的理論有很多，但是在實(shí)際工程中這些理論的應(yīng)用性較差，所以有必要加強(qiáng)對(duì)于錨桿支護(hù)理論的研究，同時(shí)積極同國(guó)外專(zhuān)家合作，吸收國(guó)外的先進(jìn)理論。

3)加強(qiáng)錨桿防腐技術(shù)的研究。由于錨桿長(zhǎng)期埋藏于地下，在地下環(huán)境的影響下容易產(chǎn)生銹蝕，為提高錨桿的使用壽命應(yīng)進(jìn)行錨桿防腐以及預(yù)應(yīng)力錨索在沖擊、地震、變壓、凍結(jié)、高溫等特殊條件下的錨固穩(wěn)定性的研究；對(duì)現(xiàn)有的防腐技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)出新型高效的防腐技術(shù)[8]。

4)開(kāi)發(fā)新的支護(hù)材料。目前我國(guó)的錨桿在生產(chǎn)過(guò)程中缺乏相應(yīng)的檢驗(yàn)和監(jiān)督。因此，必須嚴(yán)格審查錨桿生產(chǎn)的質(zhì)量，進(jìn)一步提高錨固材料的性能，研究擁有更高性能的新型錨桿[6]。研究開(kāi)發(fā)新型樹(shù)脂錨固劑，提高其強(qiáng)度和剛度，增加圍巖與錨桿之間的粘結(jié)強(qiáng)度，使錨桿盡早預(yù)緊，滿(mǎn)足快速加載的要求[9]。

5)加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)。所有的技術(shù)和設(shè)備都需要由人來(lái)操作。只有提高人的綜合素質(zhì)，才能保證施工質(zhì)量。所以，對(duì)我國(guó)從事錨桿支護(hù)技術(shù)的施工人員進(jìn)行有效的培訓(xùn)是相當(dāng)重要的，這有助于我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

幾十年以來(lái)，我國(guó)的錨桿支護(hù)技術(shù)在不斷發(fā)展中取得了驚人的進(jìn)步，在各種工程實(shí)踐中也取得了成就，但是仍然有一些我們亟待解決的問(wèn)題，諸如：錨桿支護(hù)理論不夠完善；監(jiān)控系統(tǒng)不夠科學(xué)和完善等，未來(lái)我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加大對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理、錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等方面的研究，除了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，還應(yīng)開(kāi)發(fā)一些新技術(shù)，為煤礦和隧道建設(shè)提供有效的技術(shù)支持[10]。

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