李建宏

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限公司， 山西 忻州 036702）

引言

目前，錨桿支護(hù)已經(jīng)成為煤層巷道中常用且比較成熟的一種支護(hù)形式。錨桿支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：一是通過(guò)錨桿與圍巖相互作用形成整體，可加強(qiáng)圍巖的承載力；二是通過(guò)施加作用力，阻止圍巖的進(jìn)一步破壞；三是通過(guò)柔性支護(hù)，對(duì)圍巖起到緩沖變形的作用；四是通過(guò)與支護(hù)物的相互作用和影響，達(dá)到共同支護(hù)的目的[1]。

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，出現(xiàn)了不同的錨桿支護(hù)的理論，主要有懸吊理論、組合梁理論、拱形壓縮帶理論、減跨理論、楔固理論及最大水平應(yīng)力理論等。其中懸吊理論，是利用錨桿將易破碎的巖層固定在不易破碎巖層的下方；組合梁理論，通過(guò)安設(shè)錨桿，縮短相鄰層間距，提高層間的緊密度和摩擦力，進(jìn)而降低層間變形的難度；拱形壓縮帶理論，通過(guò)錨桿加固巖層改變應(yīng)力狀態(tài)，增加了變形的難度；減跨理論，不僅改變跨距，且增加變形的難度；楔固理論，通過(guò)錨桿避免巖石沿弱面產(chǎn)生移動(dòng)而出現(xiàn)破壞，提高其穩(wěn)定性；最大水平應(yīng)力理論，水平應(yīng)力在巷道變形中發(fā)揮著巨大作用，影響頂?shù)装宓淖冃吻闆r[2]。此外，錨桿依據(jù)錨固長(zhǎng)度可分為端頭錨固、加長(zhǎng)錨固和全長(zhǎng)錨固三類，本文主要分析的是這三種錨固形式下不同錨桿間距參數(shù)對(duì)巷道圍巖的變形情況，確定合理的錨桿間距大小，進(jìn)而降低巷道支護(hù)成本。

1 錨桿不同錨固方式的分類

依據(jù)錨固長(zhǎng)度分類，錨桿可分為端頭錨桿錨固、加長(zhǎng)錨桿錨固和全長(zhǎng)錨桿錨固。對(duì)于端頭錨桿錨固，其錨桿自身或者錨固材料只與錨孔壁的一小部分接觸，因此，端頭錨固長(zhǎng)度一般為錨桿長(zhǎng)度的1/3，可適用于整體和塊狀構(gòu)造的圍巖，松動(dòng)圈大小范圍在400～1 000 mm 之間。對(duì)于全長(zhǎng)錨固，其錨桿整體或者錨固材料和錨孔壁全部接觸，因此，全長(zhǎng)錨固長(zhǎng)度一般大于錨桿本身長(zhǎng)度的90%，可適用于牢固性比較差的巖體、松動(dòng)圈超過(guò)1 m 的巷道或者斷面大的硐室。而對(duì)于加長(zhǎng)錨桿錨固，其錨桿或者錨固材料和錨孔壁之間的接觸面積介于端頭錨固和全長(zhǎng)錨固兩者之中，因此，加長(zhǎng)錨固長(zhǎng)度位于錨桿長(zhǎng)度的33.3%～90%之間[3]。

2 不同錨固方式下錨桿間距參數(shù)的優(yōu)化研究

不同的錨桿間距參數(shù)會(huì)對(duì)圍巖錨固體本身的強(qiáng)度產(chǎn)生影響，因此，錨桿間距也是礦用錨桿支護(hù)的重要參數(shù)。依據(jù)錨桿自身的橫向和軸向作用力，隨著錨桿間距的減小，支護(hù)密度會(huì)越大，造成錨桿支護(hù)系統(tǒng)軸向和橫向的作用力總和比較大。且在實(shí)際工況中，當(dāng)錨桿間距參數(shù)增大到一定值后，巷道圍巖累計(jì)變形量的變化已經(jīng)不明顯，不僅浪費(fèi)支護(hù)材料，而且增大了支護(hù)成本。

本文以某礦為研究對(duì)象，設(shè)定參數(shù)如下：對(duì)于端頭錨固方式，頂板和煤幫錨桿長(zhǎng)度是2 500 mm、巖幫是2 200 mm，其錨固長(zhǎng)度都是700 mm。對(duì)于加長(zhǎng)錨固方式，頂板和煤幫錨桿長(zhǎng)度是2 500 mm，其錨固長(zhǎng)度都是1 400 mm，而巖幫長(zhǎng)度是2 200 mm，其錨固長(zhǎng)度是1 050 mm。對(duì)于全長(zhǎng)錨固方式，頂板、煤幫和巖幫長(zhǎng)度都是2 200 mm，其錨固長(zhǎng)度也都是2 100 mm。在上述錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)基礎(chǔ)上，本文主要分析三種錨固方式下不同錨桿間距參數(shù)對(duì)巷道圍巖變形情況的研究，不同錨桿間距參數(shù)設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 不同錨桿間距大小與錨桿數(shù)量的關(guān)系

通過(guò)分析端頭錨桿錨固方式下不同錨桿間距對(duì)巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部變形情況的影響，得到如下頁(yè)圖1所示的曲線圖。

圖1 端頭錨固條件下，不同錨桿間距對(duì)巷道影響的變化曲線

從圖1 中可以看出，當(dāng)錨桿間距參數(shù)值小于800 mm 時(shí)，再繼續(xù)減小錨桿間距，對(duì)巷道變形量的減小作用已經(jīng)不明顯，其變形量小于10 mm。而當(dāng)錨桿間距參數(shù)值大于800 mm 時(shí)，出現(xiàn)巷道變形量急劇增大，巷道支護(hù)效果差。因此，綜上分析可知，對(duì)于端頭錨桿錨固方式，錨桿間距參數(shù)值宜取800 mm。

通過(guò)分析加長(zhǎng)錨桿錨固方式下，不同錨桿間距對(duì)巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部變形情況的影響，得到如圖2所示的曲線圖。

圖2 加長(zhǎng)錨固條件下，不同錨桿間距對(duì)巷道影響的變化曲線

從圖2 中可知，在錨桿間距參數(shù)值小于800 mm時(shí)，再繼續(xù)減小錨桿間距，巷道變形量?jī)H為12 mm，可見對(duì)巷道變形量的減小作用已不明顯。而當(dāng)錨桿間距大于800 mm 時(shí)，巷道變形量大幅增加，支護(hù)效果變差。因此，綜上分析可知，對(duì)于加長(zhǎng)錨桿錨固方式，錨桿間距參數(shù)值宜取800 mm。

通過(guò)分析全長(zhǎng)錨桿錨固方式下，不同錨桿間距對(duì)巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部變形情況的影響，得到如圖3所示的曲線圖。

圖3 全長(zhǎng)錨固條件下，不同錨桿間距對(duì)巷道影響的變化曲線

從圖3 中可看出，當(dāng)錨桿間距參數(shù)值小于900 mm 時(shí)，再繼續(xù)減小錨桿間距，巷道變形量小于14 mm，可見對(duì)巷道變形量的減小作用已不明顯。而當(dāng)錨桿間距參數(shù)值大于900 mm 時(shí)，巷道變形量增幅顯著，支護(hù)效果較差。因此，綜上分析可知，對(duì)于加長(zhǎng)錨桿錨固方式，錨桿間距參數(shù)值宜取900 mm。

綜上分析可知，對(duì)于端頭錨固方式，錨桿間距值大小宜選取800 mm，每排14 根錨桿。對(duì)于加長(zhǎng)錨固方式，錨桿間距值大小宜選取800 mm，每排14 根錨桿。對(duì)于全長(zhǎng)錨固方式，錨桿間距值大小宜選取900 mm，每排12 根錨桿。

3 結(jié)論

為獲得最佳的錨桿支護(hù)效果，同時(shí)降低支護(hù)成本。本文主要針對(duì)端頭錨固、全長(zhǎng)錨固以及加長(zhǎng)錨固三種錨桿錨固形式下，750 mm、800 mm、850 mm、900 mm 和1 000 mm 不同錨桿間距，對(duì)巷道圍巖變形的影響情況進(jìn)行分析，結(jié)論是：

1）對(duì)于端頭和加長(zhǎng)錨桿錨固方式，當(dāng)錨桿間距小于800 mm 時(shí)，再繼續(xù)減小錨桿間距，對(duì)巷道變形量的減小作用已不明顯。而當(dāng)錨桿間距大于800 mm 時(shí)，錨桿支護(hù)效果變差。因此，錨桿間距宜選取800 mm。

2）對(duì)于全長(zhǎng)錨桿錨固方式，當(dāng)錨桿間距小于900 mm 時(shí)，再繼續(xù)減小錨桿間距，對(duì)巷道變形量的減小作用已不明顯。而當(dāng)錨桿間距大于900 mm 時(shí)，錨桿支護(hù)效果差。因此，錨桿間距宜選取900 mm。