回采巷道中的錨桿支護

　1.錨桿支護作用機理
　　錨桿的作用機理在宏觀上已有較明確的定論，即懸吊作用、加固作用與組合作用。懸吊作用易被人們形象的接受，實質上按懸吊作用設計錨桿支護參數是一種安全性較高但不夠經濟的設計方法。組合作用難被人們形象的接受，但按該原理設計錨桿支護參數是一種能夠滿足安全要求且較經濟的設計方法。在實際工程中，有時二人作用同時存在，有時只是某一因素起決定性作用，或某一因素起主要作用，其它因素起次要作用。
　　目前，錨桿作用本質的論述尚不夠明確。研究表明，錨桿的作用本質在于通過錨桿的預緊力改變圍巖的應力狀態，提高圍巖的剛度，增強巖層層面間的力學聯系，提高圍巖的自身承載能力。錨桿與圍巖共同作用構成承載結構，促使圍巖由支護對象和載荷源向承載結構內的承載主體的轉變，實現巖層由“松散系統”向“整體系統”、由“迭合狀態”向“組合狀態”的轉化。
　　2.層狀復合巖層回采巷道錨桿支護設計
　　2.1設計原則
　　2.1.1整體開掘
　　回采巷道的開掘以不輕易破壞頂板的完整性為原則，由于層狀復合巖層節理裂隙發育、強度小、且層間力學聯系弱，該原則就顯得尤為突出。為此，在巷道斷面設計時就應盡量避免破壞頂板巖層的完整性，創造良好的圍巖狀態。
　　2.1.2共同作用
　　巖層不論狀態如何、破斷與否，均具有一定的強度和自身承載能力。如何使錨桿與圍巖共同作用組成一個有機的承載結構，共同維護圍巖的穩定，是錨桿支護的又一基本原則。
　　2.1.3綜合支護
　　綜合支護包括兩方面的含義。一是對頂板的支與護的有機結合：二是頂與幫的綜合維護，頂板支護是主體，兩幫支護是保證。有時兩者主次互為轉換。
　　2.1.4及時控制
　　巷道開掘后，圍巖的變形是必然的。過度的變形將導致圍巖結構性破壞，使巖層完全喪失自身承載能力。為此，支護必須有時間性，即及時支護原則。同時，也要求支護具有足夠的預緊力，即主動支護原則，從而提高圍巖的剛度。另外，必須保證支護的有效性及可靠性。
　　2.2基本條件
　　七臺河新建礦現開采水平埋藏深度為400-500m，可采煤層兩層，傾角3-13°，兩個煤層直接頂均為泥質膠結，層節理發育。夾煤線的復合頂，為三類頂板，屬中等穩定頂板，厚度在1.2—6.5m之間，其頂板破碎，屬處高應力區、易風化圍巖，遇水膨脹。老頂為16m厚的粗砂巖。該礦區域水平應力較大，經實踐圍巖變形量級別大，且底鼓嚴重。設計巷道為N2703運輸順槽，巷道斷面為梯形，斷面尺寸為4700×3000mm。
　　2.3錨桿支護沒計
　　根據分析及計算并結合現場工程調研確定支護方案為錨桿與錨索聯合支護：
　　(1)錨桿剛度及材質：采用屈服強度≥400MPa，延伸率≥20‰的螺紋綱。
　　(2)錨桿直徑：φ=18mm。
　　(3)錨桿長度：L=1600mm：輔助長錨桿長度：L=2800mm。
　　(4)錨桿密度：間距為850mm，排距為900mm。
　　(5)錨桿布置方式：要用五花型布置。
　　(6)錨桿錨同力：頂板T0≥100kN；兩幫T0≥50kN。
　　(7)錨桿預緊力：頂板T0≥30kN：兩幫T0≥15kN。
　　(8)兩幫支護：采用L二1600mm的同徑錨桿。
　　(9)可縮結構：由于錨桿伸率不滿足要求，故錨桿加墊規格為200mm×l50mm×50mm的硬雜木托盤。
　　3.評價
　　3.1支護效果評價
　　圍巖變形劇烈期大約為5～7d(一般該時期圍巖變形量可達總變形量的70％以上)，之后就趨于穩定變形階段。經觀測一個月內，圍巖變形量最大值為500mm，一般均不超過260mm。就該項指標評價，巷道支護狀態屬較穩定狀態。
　　圍巖變形規律與頂板變形規律相同，但不同點為劇烈活動期后，圍巖變形仍未趨于穩定變形階段，變形梯度仍較大，最大變形時已達1100mm以上，尚在繼續變化。
　　與頂板變形規律相同，錨桿載荷劇烈增載期為5-7d，而后基本趨于不增載的穩定階段。由該項指標可知，巷道頂板巖層在一周內已達到穩定狀態，取得了重新應力平衡。這說明錨桿支護達到了滿意的效果。
　　與原方案相比，頂板圍巖變形量有明顯減少(原方案頂板變形量大于1000mm)，說明對圍巖變形的控制得到了加強。
　　頂板圍巖完整性得到明顯加強，說明錨桿支護的作用得到了較好的發揮。錨桿受力狀態得到了較大改善，錨桿超載率明顯降低，錨桿支護效率提高。
　　3.2經濟評價
　　原方案采用直徑為22mm，長度為2400mm的錨桿，排距為900mm，間距為850mm，兩幫錨桿直徑為20mm，長度為1600mm，排距為900mm，間距為900mm，特種支護采和5300mm的錨索，密度為2根／m，采用鋼帶與金屬網聯合護頂。巷道支護材料成本為1001.4元／m。
　　新方案巷道支護材料成本為629.2元／m，節約支護材料成本372.2元／m。經濟效益明顯提高，與原方案相比，節約材料費用37％以上，尚未計算原方案的二次維修費用。否則節約比例還將有較大比例的提高。