浅析煤矿开挖巷道锚杆支护参数的合理选择

科学论坛　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　●ｌ　浅析煤矿开挖巷道锚杆支护参数的合理选择　姚泉　安徽淮北２３５０００）　（淮北矿业集团工程建设公司［摘要］对于开挖巷道的支护，我们可以根据岩体力学和锚杆支护原理，按照围岩松动圈理论和锚杆支护机理，结合围岩松动圈的分类与测定，针对不同围　岩稳定条件，合理选择锚杆的支护参数。通过此思路选择锚杆支护参数，能实现既安全，又经济的支护效果。　［关键词］开挖巷道；锚杆支护；围岩松动圈；性质；参数选择　中图分类号：Ｕ４５５．７＋１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）３３—０４０３—０１　１引言　近几年来，锚杆支护已是煤矿巷道主要的支护方式。要保障锚杆支护的安　全和经济性，在选择锚杆支护时，关键问题就是如何正确的选择锚杆支护参数，　以实现既经济合理，又能较好的达到支护效果的目的。在此，引入围岩松动圈和　锚杆支护机理为基础理论，论述锚杆支护的参数选择问题。　２圈岩松动圈理论和锚杆支护机理　１）围岩松动圈理论。对于地下岩体来说，在开挖之前是处于原始应力平衡　的状态，当开挖后这种平衡状态遭到破坏，由原来的单向应力状态变为双向应　力状态，并在巷道周围产生了应力集中。而巷道的周边变为单向应力状态，此时　径向应力ｏ　ｒ下降为零，切向应力ｏｔ则集中。当围岩集中应力ｏｖＪ，于岩体强度　时，围岩处于弹性变形状态；当围岩集中应力。吠于岩体强度时，则围岩就会　产生破裂松动，并由巷道周边开始向深部发展，这种破裂松动深入围岩深部的　由于松动圈围岩的自重有限，而锚杆将不起大的作用，所以，对于整体性较　好、耐风化的围岩，可进行不支护，必要时可用单一的喷射混凝土来支护。如此　处理，工程实践表明，其混凝土的最大厚度可以不超过２０ｃｍ为宜。　４　２中等稳定围岩条件下的锚杆参数选择　根据理论分析和实践表明，在中等稳定围岩条件下，围岩碎胀变形也比较　明显，而围岩的收敛变形将使巷道岩体表层产生裂缝或破坏，所以必须用锚杆　来控制其变形。锚杆锚固端为松动圈以外的岩体时，锚固端则位于塑性区，因此　可采用悬吊理论来确定其锚杆的参数。这时，锚杆起到拉伸、挤压、加固的作用，　从而使松动圈内岩体保持较为稳定的状态。　１）锚杆的长度确定方法。根据如下公式进行：　Ｌ＝ＬＰ＋Ｌｌ＋Ｌ２　距离则称为围岩松动区的厚度，这个破裂区也就常称为围岩松动圈。　２）锚杆支护机理。对于这类的开挖岩体，在现有的支护条件下，若试图采用　支护手段来阻止围岩的松动破坏则是不可能的，而支护的作用只是限制围岩松　动圈形成过程中破碎力所造成的有害变形。所以，采用锚杆支护，若要达到较好　的支护效果，那么其锚杆的布置和参数就必须考虑松动圈内岩体的变形及破坏　情况。锚杆支护的主要作用，也就是通过巷道周边的数根锚杆，使岩体互相挤　压，从而形成一个接近原岩强度的组合承载结构，既锚固围岩的表层，防止冒　落，又能利用岩体本身强度来实现稳定的支护效果。显然，锚杆支护参数的选　择，必须适应围岩松动圈岩体的特性。确定松动圈的性质，才能以此为依据，正　确、合理选择锚杆支护的基本参数。　３围岩松动曩的分类与测定　根据上述围岩松动圈支护理论的分析可知，各个煤矿可根据具体实测资料　来进行围岩的详细分类。通常情况下，将围岩分成三类，即稳定围岩　动圈ＬＰ　≤４０ｃｍ）、中等稳定围岩（４ｏｃｍ＜ＬＰ≤１５０ｃｍ）和不稳定围岩（ＬＰ＞１５０ｃｍ）。　在被开挖巷道中，围岩松动圈是由围岩应力和围岩强度所决定的，由于各　个煤矿的地质条件不同，而围岩松动圈的参数也不尽相同。因此，确定围岩松动　圈的最好办法就是通过现场来实测。可采用围岩裂隙探测仪，并根据声波波速　和振幅，做出巷道围岩岩体声速振幅变化曲线，这就可以很容易地确定松动圈　的范围。对于采准巷道来说，其测站可以间隔５０ｍ以上设置，而每个测站要设几　条测线，每个测线布置６～８个测孔。顶板测　Ｌ要垂直顶板的层理方向，其它测孔　可以沿煤层倾斜方向来布置。测孔长度按煤层柱状图来确定，一般为２～３ｍ。钻　孔钻好后要用水将孔冲洗干净，并将探头插入钻孔内，并注水封闭后即可进行　测试。其测试的实例布置，见图１、图２所示。　４锚杆支护参数的合理选择　根据三种围岩的稳定类型和性质，分别可对不同情况下的锚杆参数选择与　确定。　撵　式中：Ｉ广一锚杆长度，ｍ；　Ｌ口——围岩松动圈厚度，ｍ；　Ｌ．——锚杆锚人松动圈以外稳定围岩的深度，这里可取值０．２～０．３ｍ；　Ｌ，——锚杆在巷道中外露长度，ｍ。　２黼杆间排距的确定。当选取锚杆间排距相等时，则锚杆锚固力应满足以　下条件：　Ｑ　≥ｕｐ‘Ｄ，‘ｖ　Ｄ≤［Ｑ…／（Ｕｐ・Ｙ）　式中：Ｄ———专苗杆的间排距，ｍ，　Ｑ～——锚杆的最小锚固力，ｋＮ；　ｖ——围岩的重力密度值，ｋＮ／ｍ　。　３）锚杆的直径确定。这里可以按照每根锚杆悬吊的岩石重量来计算锚杆的　直径，其公式如下：　Ｄ　・ｋ・ｖ≤丁ｒｄ２［口Ｖ４　ｄ≥２Ｄ［（Ｌ口・ｖ）／（Ⅱ［ｏ】）】】　式中：ｄ———锚杆的直径，ｍｍ；　［ｏ－Ｈ占杆体的许用应力，Ｎ／ｒａｍ　。　４　３不稳定围岩条件下的锚杆参数选择　在支护的巷道，当岩石松动圈大于１．５ｍ时，其巷道的围岩收敛变形比较　大，此时支护时除了要有一定的支护强度外，还应具备一定的可缩性。通过现场　的实践表明，此时可采用锚喷网的支护结构。而锚杆参数选择原理则与上述相　同，但如松动圈厚度较大时，其锚杆过长也不易安装，且承受较大的拉力，锚固　效果也可能不好。这时，在层状岩层结构下，要选择较坚硬的岩层作为锚杆的锚　固点，并在巷道表面布置金属网来进行喷层处理，这样才能获得较为理想的支　护效果，也就说要根据具体条件而定。　５结束语　开挖巷道的支护，为了获得较好的安全、经济支护效果，必须根据围岩松动　圈理论进行测试、分析，弄清分类，然后针对不同环境条件下支护合理选择锚杆　参数与支护方式。根据具体条件确定、调节支护方式。　参考文献　［１】岳翰，贾悦谦，严志才．井巷锚杆及锚喷支护技术［Ｍ】．太原：山西出版　社，１９８２．　［２】陈炎光，陆士良．中国煤矿巷道围岩控制［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版　社，１９９４．　｛　张啦瓣燕　［３董方庭，宋宏伟，郭志宏．３］巷道围岩松动圈支护理论叫．煤炭学报，１９９４，　１９（１）：２１－３２．　的应用基础。　参考文献　［１】王海舟．《耐火材料分析　．科学出版社．２００５．９　［２】粟祜．《真空钎焊》．国防工业出版社，１９８４：９１—９６　［３］《航空工艺装备设计手册》编写组．Ⅸ航空工艺装备设计手册》．国防工　业出版社．２００７．５．　［４］中国机械工程学会热处理专业分会．Ⅸ热处理手册》．机械工业出版社．　２００１．４．　４结论　４．１作为高温钎焊设备核心部分的加热元件，选择康泰尔Ｕ型硅碳棒，不　但满足工艺高温钎焊要求，而且提高了设备最高工作温度。　４．２在研制中炉衬选取新型节能耐火材料，并根据炉面不同温度位置而　采用不同温度梯度组合结构，既能实现工作区域较好的温度均匀性和保温性，　又能够节约能源、方便维护。　４．３实践证明，高温钎焊设备的设计思想是完全正确的，各项技术指标完　全满足要求，使用效果良好，为以后其它高温钎焊设备的设计、制作提供了很好　科技博览｝４０３