1锚杆支护技术

 

　　锚杆支护技术是一种柔性加固技术，它能充分利用岩土体自身的承载力保持岩体的稳定，使加固体不被破坏，它本质就是通过锚固加强岩土体的整体性，控制开挖后岩土体的变形，避免应力的突然释放，从而保证工程顺利、安全地进行。由于各种锚杆的构造不同，锚杆作用机理差异甚大，国内外大量工程实践证明，各种不同种类锚杆，在不同的地质条件下，有不同的“支护”效果。国内外锚杆支护成功的经验表明，合理的锚杆支护设计及详细的监测分析，不仅可保证回采巷道的安全可靠，而且可取得显著的技术经济效益和社会效益。

 

　　2我国煤巷锚杆支护技术的现状与存在的问题

 

　　我国80年代开始向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护，90年代又向澳大利亚学习引进成套先进的锚杆支护技术，目前已得到较广泛的推广和应用。在一些矿区的锚杆支护巷道比例达到90%以上，有些矿井甚至达到了100%，取得了较好的技术与经济效益。国内现有楔缝、涨壳、倒楔锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚杆、木锚杆、竹锚杆、内涨锚杆、管缝锚杆、树脂锚杆、水泥锚杆、爆扩锚杆、预应力注浆大锚索等十几个系列品种。但我国煤巷锚杆支护技术还存在如下问题。

 

　　2.1对锚杆支护技术的理论认识有待提高

 

　　近年来，国内外对锚杆支护技术提出了最大水平应力理论。这一理论是由澳大利亚学者盖尔提出的。该理论认为矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，其最大水平应力一般为最小水平应力的1.5～2.5倍，因此煤巷顶板的稳定性主要受水平应力的影响。但该理论在应用中还存在着如下两个问题：

 

　　（1）在支护参数的确定过程中，围岩破坏区域的位置及其大小是最重要的依据，但此理论在判断围岩状态时，是基于围岩的水平应力最大且顶部破坏区域最大这一情况的。显然，在实际中，这种情况是不易满足的。

 

　　（2）围岩破坏区的确定相当困难。该理论在应用时，只要求测出地应力和岩石的力学参数，但是，对这两个参数进行准确测量本身就是一个世界性难题，而这两个参数与围岩破坏区之间的关系更是难以判断。

 

　　2.2煤巷锚杆杆体材料有待改进，锚杆机具配套设施还有待完善

 

　　目前我国锚杆支护中常用的锚杆杆体材料是钢材，它的强度及韧性有限，抗腐蚀性能极差，这些特性都限制了更高强度锚杆的发展，增加了工程应用成本，在以后的研究中应时刻关注新材料方面的发展，将更多的性能更好、成本更低的材料引入锚杆支护系统中。

 

　　锚杆机具性能是决定锚杆安装质量与施工速度的关键。澳大利亚不仅重视研制各种具体用途的锚杆结构型式，而且极为重视锚杆钻装机的不断研制更新。我国目前虽然电动、风动和液压锚杆钻机都有，但性能结构不尽合理，零部件质量和整机性能都急需进一步完善与提高，至于掘锚联合机组，更有待进一步加紧研制与试验，以实现掘支平行作业，提高成巷速度。

 

　　2.3锚杆监测仪器与监测技术需要提高

 

　　监测是监督施工质量、保证锚杆支护安全可靠的重要手段。我国锚杆支护的质量控制与煤巷施工管理环节十分薄弱，目前，我国经济、社会正处于转折期，法制不健全及有法不依的现象十分普遍，这也直接导致了一起起悲剧的发生。所以，在工程实践中，相关部门应努力提高劳动者素质，加强监督。

 

　　3我国锚杆支护技术的发展前景

 

　　3.1进一步完善锚杆支护理论和技术

 

　　锚杆支护有诸多种理论，但这些理论与实际应用技术的发展适应性较差。所以有必要在进一步深入研究巷道围岩矿压显现规律的基础上，探索锚杆支护理论。中国矿业大学针对煤矿巷道的锚杆支护首先提出了围岩松动圈理论的。该理论认为岩土体在开挖之后，原始的应力状态会遭到破坏，围岩会进行应力重分布。在新的应力状态下，围岩的强度低于其所受应力的部分就会发生屈服破坏，这些破坏部分就组成了围岩松动圈。而锚杆的作用就是限制围岩松动圈发展过程中的有害变形，使围岩仍处于稳定、不破坏的状态。此理论中，锚杆支护参数是基于围岩松动圈的范围提出的，而松动圈范围可以用声波测试等方法进行确定。但是，该理论没有考虑围岩与支护的相互作用问题，对围岩松动圈的确定问题也没有提出明确的解决方法。

 

　　最近，中国矿业大学矿山压力研究所又提出了围岩强度强化理论。该理论认为锚杆的作用是强化围岩强度，限制围岩塑性区宽度、破碎区宽度和巷道表面位移的发展，从而起到加固的作用。该理论为合理地确定锚杆的支护参数提供了理论依据。但是锚杆支护参数与围岩强度之间关系的定量描述仍有待进一步研究。

 

　　3.2提高锚杆支护的防腐功能，完善锚杆施工配套机具

 

　　由于钢制锚杆在地层中极易受到腐蚀，导致锚杆的延伸率的损失要远大于极限承载力的损失，从而使得锚杆在发生破坏之前难以测得明显的变形，极易发生突发性的事故。其实，锚杆的防腐可以采用外套注满填充料的护管或护套的方法，例如，根据锚杆防护等级的要求，暴露在空气中的锚头部分可外套过度管或锚具罩进行保护；对于存在高应力区的自由张拉段，应采用注入水泥浆的光滑塑料管或注入油脂的护套进行保护；而锚固段则应外套注入水泥浆的波形管或采用注浆措施进行处理，

 

　　完善的锚杆施工配套机具是锚杆施工的高效性的前提条件，也是锚杆支护技术得到快速发展的重要原因，工程中应用较多的是奥钢联合乔伊公司生产的掘锚联合机组，另外，我国的施工机具的设计、研发与生产也已取得了可喜的成果，目前，由无锡探矿机械厂、宣化英格索兰工程机械有限公司和东北岩土工程公司等单位生产的钻孔直径从65～165mm的岩锚钻机，以及冶金部建筑研究总院研制的YM160步履式土锚钻机均具有良好的工作性能。

 

　　3.3锚杆支护监测技术及设计方法的进一步提升

 

　　锚杆支护实施于井下后，要进行综合监测，以验证初始设计的合理性和可靠性，并为修正初始设计提供依据。目前锚杆支护的综合监测内容有：采用十字布点法监测表面位移、采用顶板离层指示仪测试顶板岩层锚固范围内外位移值、锚杆测力计测量锚杆（索）锚固端部和全长的工作阻力。日常监测的内容有：锚杆锚固力抽检、顶板离层、锚杆预紧力矩检测。随着地理信息系统及全球定位系统在锚杆监测中的广泛应用，锚杆监测正在朝着自动化、全天候、实时动态的方向发展，这不仅大大地促进了预测技术的发展，也使锚杆支护设计过程更加合理。