白志明

摘 要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力協(xié)調(diào)作用在煤巷錨桿-錨索支護(hù)的應(yīng)用十分重要。其能夠讓支護(hù)的可靠性得到全面性的提升，而且還能讓預(yù)應(yīng)力得到整體性的平衡。本文主要針對(duì)預(yù)應(yīng)力協(xié)調(diào)作用在煤巷錨桿-錨索支護(hù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力;協(xié)調(diào)作用;煤巷錨桿;支護(hù)

在煤巷錨桿-錨索支護(hù)應(yīng)用中，預(yù)應(yīng)力的整體協(xié)調(diào)十分重要，其能夠與錨索支護(hù)體系相互配合。并形成相應(yīng)的支護(hù)保護(hù)，讓錨索的支護(hù)保護(hù)處于一種獨(dú)立的狀態(tài)。從而形成一個(gè)良好的支護(hù)體系，讓整體的預(yù)應(yīng)力得到平衡，最終實(shí)現(xiàn)錨索的全方位支護(hù)。

1 錨桿預(yù)應(yīng)力的重要作用

預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)于無(wú)預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)就會(huì)使得架棚支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)的狀態(tài)，而預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)就會(huì)屬于主動(dòng)支護(hù)的狀態(tài)。對(duì)于錨桿（索）預(yù)應(yīng)力來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用的相當(dāng)廣泛，在對(duì)巖土工程進(jìn)行作業(yè)時(shí)，錨桿（索）預(yù)應(yīng)力將會(huì)得到較為廣泛的認(rèn)可，在某些水利水電的工程中都會(huì)普遍的應(yīng)用到預(yù)應(yīng)力錨桿（索），例如：在進(jìn)行煤巷錨桿-錨索支護(hù)的過(guò)程中，錨索的預(yù)拉力值可以高達(dá)3000kN;這個(gè)時(shí)候需要對(duì)其錨桿的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行整體的分析。同時(shí)在將錨索的預(yù)應(yīng)力提高的同時(shí)，還需要有效的將塑性區(qū)減少。

2 錨索支護(hù)的數(shù)值模擬模型

為了能夠?qū)㈠^桿和錨索的預(yù)應(yīng)力清晰、有效地反映出來(lái)，此時(shí)需要聯(lián)合支護(hù)所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)，在不考慮原有的巖應(yīng)力場(chǎng)的條件下，可以對(duì)有限差的分?jǐn)?shù)值采用模擬軟件FLAC進(jìn)行測(cè)量，最終，能夠?qū)㈠^桿與錨索的預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力場(chǎng)分布特征模擬分析出來(lái)。

2.1 模型的建立

在對(duì)本次試驗(yàn)中的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用的是錨固體FLAC方式，從而能夠?qū)⑷S數(shù)值模型建立出來(lái)，對(duì)于模型尺寸可以設(shè)定為長(zhǎng)×寬×高= 15.0m×2.0m×18.0m，對(duì)于模型可以總共劃分為60750個(gè)單元。在本次試驗(yàn)中，模型的卷道頂板的材料為泥巖，底板的材料為砂質(zhì)泥巖。

在對(duì)錨桿和錨索進(jìn)行測(cè)量的工作中，可以采用cable單元模擬模式進(jìn)行測(cè)量，本次試驗(yàn)中的錨桿的長(zhǎng)度為2.4m，彈性模量大約為200GPa，直徑可達(dá)到22mm，拉斷載荷為254kN，屈服載荷為190kN，可將錨固進(jìn)行加長(zhǎng)工作時(shí)，加長(zhǎng)后的錨固長(zhǎng)度為1.0m;錨索直徑為22mm，彈性模量為195GPa，長(zhǎng)度可達(dá)到6.0m，錨固長(zhǎng)度為1.5m拉斷載荷為600kN。在對(duì)頂板進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可以在頂板上布置6根錨桿，而錨桿之間的間距應(yīng)設(shè)置為900mm，在兩幫之間可以分別布置4根錯(cuò)桿，錯(cuò)桿之間的間距應(yīng)設(shè)置為900mm，對(duì)于頂板的錨素之間可以設(shè)置2根錨桿，采用cable單元模擬可以對(duì)錨索和錨桿進(jìn)行測(cè)量，錨桿的直徑為22mm，彈性模量為200GPa，長(zhǎng)度可達(dá)到2.4m，拉斷載荷為254kN，對(duì)于錨固可以進(jìn)行加長(zhǎng)工作，在加長(zhǎng)之后的錨固長(zhǎng)度可以變?yōu)?.0m;錨索的直徑為2mm，彈性模量為l95GPa，長(zhǎng)度可達(dá)到6.0m，錨固長(zhǎng)度可達(dá)到1.5m，拉斷載荷為600kN。在頂板進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在頂板上可以布置6根錨桿，錨桿之間的間距應(yīng)設(shè)置為900mm，在兩幫之間可以分別布置4根錨桿，錨桿之間的間距應(yīng)設(shè)置為900mm，在頂板的錨索之間可以布置2根，如下圖所示的是巷道錨桿（索）布置：

可以在增加錨桿端部的作用范圍和拉應(yīng)力值的同時(shí)，還將巷道表面的壓應(yīng)力值增加?？偠灾?，在形成連續(xù)的壓應(yīng)力區(qū)時(shí)，需要將支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合起來(lái)，對(duì)于壓應(yīng)力區(qū)中的壓應(yīng)力值一般保持在80NPa左右;在對(duì)錨索的預(yù)緊力增大的同時(shí)，巷道表面的最大壓應(yīng)力值也會(huì)隨之增加，此時(shí)對(duì)于錨索預(yù)緊力的增加，可以明顯看出錨桿端部的拉應(yīng)力作用范圍會(huì)隨之減少。

2.2 煤巷錨桿-錨索支護(hù)的應(yīng)力分布

在對(duì)錨桿端部的作用范圍和拉應(yīng)力值增加的同時(shí)，巷道表面的壓應(yīng)力值也會(huì)隨之增加。連續(xù)有效的壓應(yīng)力區(qū)會(huì)形成于聯(lián)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)中，而在本次試驗(yàn)中的壓應(yīng)力區(qū)中的壓應(yīng)力值一般保持在100kPa左右;在增加錨索預(yù)緊力的同時(shí)，也會(huì)使得巷道表面的最大壓應(yīng)力隨之增加，同樣的，在增加錨索預(yù)緊力的同時(shí)，需要將錨桿端部的拉應(yīng)力作用范圍隨之降低，相比于前兩個(gè)組合，在隔度的作用范圍較小時(shí)，需要不斷的將錨桿預(yù)緊力矩增加，在這種情況下，需要將更大的錨索預(yù)緊力對(duì)錨桿墻部的拉應(yīng)力進(jìn)行平衡。其反映出來(lái)的作用范圍和應(yīng)力值大小都相差不大時(shí)，需要將本次試驗(yàn)中的壓應(yīng)力區(qū)的壓應(yīng)力值保持在100kPa左右;從試驗(yàn)結(jié)果可以得知，當(dāng)錨桿的預(yù)緊力在錨桿端部形成較大的拉應(yīng)力區(qū)的時(shí)候，對(duì)于錨索應(yīng)該提供更大的預(yù)緊力，用來(lái)平衡拉力，當(dāng)錨索的預(yù)緊力位于200kN時(shí)，錨索還不能夠?qū)㈠^桿端部的拉應(yīng)力區(qū)進(jìn)行平衡，當(dāng)錨索預(yù)緊力達(dá)到300kN時(shí)，錨索才能夠達(dá)到有效的平衡拉應(yīng)力區(qū)。

3 預(yù)應(yīng)力協(xié)調(diào)作用在煤巷錨桿-錨索支護(hù)的應(yīng)用

3.1 錨索支護(hù)體系設(shè)計(jì)

在對(duì)支護(hù)試驗(yàn)的試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行選擇時(shí)，可以看出堡子公司件的差別，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的錨桿預(yù)緊力矩逐步進(jìn)行轉(zhuǎn)化，頂板的錨桿直徑可達(dá)到22mm，相比于實(shí)驗(yàn)室結(jié)果而言較小，將錨索的張拉力可以定為900mm×1000mm，避免造成每排預(yù)緊力的損失。在進(jìn)行巷道的施工過(guò)程中，從巷道的錨桿和錨索可以分別按照高強(qiáng)度和低松弛的預(yù)應(yīng)力依次進(jìn)行編號(hào)。在進(jìn)行掘進(jìn)工作的期間，頂?shù)装宓囊平繛?0mm左右，其中頂板下沉深度僅有24mm，而底部長(zhǎng)度大約為36mm;對(duì)于巷道兩幫的移近量平均可達(dá)到151mm，其整體的移近量為87mm左右，在巷道中的主要變形部位為煤幫;對(duì)于控制效果而言，需要對(duì)整個(gè)巷道的變形量從巷道的穩(wěn)定性來(lái)進(jìn)行控制。在對(duì)最新型的預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)正式采用之前，對(duì)于該試驗(yàn)中的巷道在此之前早就使用過(guò)普通的錨桿支護(hù)系統(tǒng)，在此支護(hù)系統(tǒng)中的錨索預(yù)緊力為150kN，錨桿預(yù)緊力矩可達(dá)到80N·m，由于該試驗(yàn)中的巷道變形量較大，需要進(jìn)行綜合性的調(diào)整。

3.2 煤巷錨桿-錨索支護(hù)中預(yù)應(yīng)力的協(xié)調(diào)

樁錨支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)十分突出，其不僅能夠有效防止基坑變形。而且還能讓整體的預(yù)應(yīng)力得到相應(yīng)的平衡。

我們通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們確定了一些基本數(shù)據(jù)，在支護(hù)配筋方面，我們決定使用12根HRB335縱筋、間距200mm的HPB235箍筋、間距2.0m的HPB235加強(qiáng)筋。對(duì)于錨桿的設(shè)置我們也進(jìn)行了精密的計(jì)算，最終決定設(shè)置兩道錨桿，而且我們將采用直徑為150mm，入射角為15度的錨桿。對(duì)于水泥漿液的抗壓強(qiáng)度、注漿壓力、上層錨桿長(zhǎng)度、錨固段長(zhǎng)度、下層錨桿長(zhǎng)度、自由段長(zhǎng)度等需要經(jīng)過(guò)精密的計(jì)算確定最終數(shù)值。在整體的支護(hù)過(guò)程中，由于其土層會(huì)有隨機(jī)變化性。所以，需要對(duì)其鋼絲網(wǎng)混凝土護(hù)面的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。一般情況下，其混凝土的厚度應(yīng)該大于50mm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度保持在C15左右最佳。同時(shí)，在進(jìn)行支護(hù)的過(guò)程中，需要保證其整體預(yù)應(yīng)力的協(xié)調(diào)。讓錨桿錨索支護(hù)的作用全面的發(fā)揮出來(lái)。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力協(xié)調(diào)作用在煤巷錨桿-錨索支護(hù)的應(yīng)用十分關(guān)鍵，其能夠讓整體的預(yù)應(yīng)力得到有效地協(xié)調(diào)，而且還能讓支護(hù)體系得到全面性的優(yōu)化。在進(jìn)行錨桿支護(hù)體系的建立過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，采用多種支護(hù)方式對(duì)其預(yù)應(yīng)力的分布情況進(jìn)行全面性的分析，最終實(shí)現(xiàn)煤巷錨桿-錨索支護(hù)的預(yù)應(yīng)力協(xié)調(diào)。

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