煤巷錨桿支護原理

　　幾年來我們在巷道支護中取得了一些成果,目前我們公司三個生產礦井在巷道支護中已全面使用錨桿支護,為軟巖巷道應用錨桿支護提供了可借鑒的經驗,這里就煤巷錨桿支護原理進行一下分析,僅供同行在煤巷錨桿支護設計中參考。
　　1、巷道錨桿支護作用機理
　　錨桿支護的作用機理有懸吊作用、組合梁作用、加固拱作用和楔固作用等。
　　懸吊作用:懸吊作用是指錨桿把將要冒落的松軟弱巖層或危巖懸吊于上部堅固穩定的巖體上,由錨桿來承擔危巖或松軟弱巖層的重量,如圖1所示。
　　（a） （b）
　　圖1 層狀巖體頂板錨桿懸吊作用
　　組合梁作用:在層狀巖層的巷道頂板中,通過錨入一系列的錨桿,將錨桿錨固長度以內的薄層巖石組成巖石組合梁,從而提高其承載能力。可以把平頂巷道的層狀巖石頂板看作是以巷道兩幫為支點的疊合梁。在載荷作用下,各層巖石（板）都有各自的單獨彎距,每層巖石（板）的上下邊緣分別處在受壓和受拉狀態。但用錨桿將各層巖石錨固在一起后,在載荷作用下,各層巖石之間基本上不會發生離層、錯動,就如同一塊板的彎曲一樣,大大提高了組合梁的抗彎強度和承載能力,如圖2所示。
　　圖2 頂板錨桿組合梁作用
　　加固拱作用:對于被縱橫交錯的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖,如果及時用錨桿加固,就能提高巖體結構弱面的抗剪強度,在圍巖周邊一定厚度的范圍內形成一個不僅能維持自身穩定,而且能防止其上部圍巖松動和變形的加固拱,從而保持巷道的穩定,如圖3所示。
　　圖3 錨桿加固拱原理
　　楔固作用:錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產狀的不連續面的情況下,由于錨桿穿過了這些不連續面,防止或減少了沿不連續面的移動,但是,錨桿架設的時機是非常重要的。如果在開挖引起的剪應力產生前就架設了全長粘結式錨桿,則在不連續面處錨桿較高的剪切剛度將迫使錨桿完全承受開挖二次應力的作用,而難于發揮不連續面自身抗剪能力,如圖4所示。
　　圖4 錨桿的楔固作用
　　2、錨索支護作用機理
　　錨索支護是一種主動支護,是一種傳遞主體結構的支護應力至深部穩定巖層的主動支護方式。它可以傳遞較大的拉應力,這是其它措施無法比擬的最大優點。
　　錨索長度,一般是錨桿長度的3～5倍（根據工程需要還可以更長）,除具有普通錨桿的懸吊作用、組合梁作用、組合拱作用、楔固作用外,與普通錨桿不同的是對巷道頂板進行深部錨固而產生強力懸吊作用,并沿巷道縱軸線形成連續強支撐點,以大預應力減緩頂板巖石擴容。
　　在巷道中,錨桿、錨索配合使用。當錨桿、錨索及時支護之后,形成錨桿、預應力錨索的加固群體。這樣,相鄰的錨桿、錨索的作用力相互疊加,組合成一個承載拱,這個新的承載拱厚度比單用錨桿成倍增加,能使圍巖發揮出更大的承載作用,如（圖2）所示。
　　圖5 錨索錨桿群聯合加固作用原理
　　3、金屬網的支護作用
　　高質量的金屬網和鋼帶能有效地控制錨桿之間非錨固巖層的變形,托住擠入巷道的巖石,是確保錨桿加固作用的重要措施。其主要作用有:(1)防止碎裂巖塊垮落;(2)將錨桿之間非錨固巖層載荷傳給錨桿;(3)對于巷道周邊圍巖已破裂來說,由于碎石的碎脹作用和傳遞力的媒介作用,使巷道深部圍巖仍保持三向應力狀態,大大提高巖體的殘余強度。
　　4、鋼帶和托梁的支護作用
　　鋼帶支護為將錨桿加固與托梁、鋼帶的支托融為一體的支護形式。托梁和鋼帶起頂托作用。
　　(1)錨桿之間的圍巖是支護的薄弱區域。利用鋼帶和托梁的高抗拉強度,將錨桿的托錨力轉化為鋼帶和托梁對圍巖的頂托力,使圍巖表面受到壓縮,使錨桿托錨力更合理地分布于圍巖。
　　(2)協調錨桿受力。錨桿的受力往往差別較大,通過托梁和鋼帶使受力過大的錨桿將部分載荷轉移給受力較小的錨桿。
　　(3)整體支護效應。鋼帶支護充分利用鋼帶和托梁的高抗拉強度,將錨桿彼此相聯系,若干根錨桿共用一條鋼帶或托梁作為托錨力施加構件,使它們相聯系,構成一個整體支護結構,增強了整體支護能力;由于托梁和鋼帶頂托作用和有一定預緊力的錨桿對圍巖的及時主動支護,最大限度地保持了圍巖的完整性,使支架與圍巖共同承載,充分利用圍巖的自身承載能力。
　　5、軟巖巷道錨桿支護應注意的幾個問題
　　(1)巷道造型是錨桿支護的首要條件,特別是軟巖巷道造型更是支護的關鍵。
　　(2)錨桿支護質量包括錨桿角度、間排距、外露長度、安裝質量等。
　　(3)錨噴支護的噴漿時間的掌握,能有效釋放圍巖變形壓力。
　　上面提出的幾個問題是錨桿支護的共性問題,但在軟巖巷道錨桿支護中確是更應關注的問題,這是軟巖易破碎、易風化、遇水易膨脹的特性所需注意的。