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困難復雜條件下的煤巷錨桿支護
前言
錨桿具有主動支護、有效強化圍巖強度和保持圍巖穩(wěn)定、施工簡單、成本較低、安全可靠、改善作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點，現(xiàn)已成為世界各國巷道支護的一種主要形式。煤巷支護與巖巷、其它地下工程支護相比，有以下特殊性和困難：圍巖松軟，兩幫煤的單軸抗壓強度很低；采深大、構造復雜、受強烈采動影響，地應力很高；圍巖變形強烈，一般為巖巷的幾倍至幾十倍；巷道服務時間短，支護結構造價必須低廉。因此，煤巷錨桿支護是一種不同于巖巷及其它地下工程的特殊支護，它不采用錨噴網(wǎng)，一般為錨網(wǎng)、錨梁或錨梁網(wǎng)組合支護。
我國煤巷采用原煤炭工業(yè)部頒布的《緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》，將回采巷道圍巖穩(wěn)定性分為非常穩(wěn)定（類）、穩(wěn)定（類）、中等穩(wěn)定（類）、不穩(wěn)定（類）及極不穩(wěn)定（類）類。每年新掘巷道總長度中的煤巷，年錨桿支護所占比重僅，而且主要使用在類巷道中。
研究和發(fā)展困難復雜的，類巷道的煤巷錨桿支護既有重要的理論價值，又將對迅速提高錨桿支護在煤巷支護中所占的比重起重要作用。
困難復雜條件下的，類巷道圍巖一般比較松軟破碎、地應力大、受采動影響強烈，因而巷道變形速度快，變形量很大，維護困難。近年來，我們對這類煤巷錨桿支護進行了大量的研究工作，在理論和技術上都有了新的突破，并在全國推廣。巷道類型有：軟巖巷道；窄煤柱沿空掘巷；深井巷道；受采動強烈影響巷道；圍巖破碎巷道；強烈底鼓巷道。

支護的基本準則和方法

高強度、超高強度全長樹脂錨固錨桿支護系統(tǒng)的應用
端錨普通錨桿錨固力小，約束圍巖變形能力差，因而頂板離層、位移量大，甚至發(fā)生冒頂事故。理論和實踐均證明，高強度、超高強度全長樹脂錨固錨桿支護系統(tǒng)維護頂板是行之有效的。它包含以下內容：
（!）改變了我國長期使用錨固力僅有幾十千牛的低強度圓鋼錨桿的落后狀態(tài)，成功地應用了建筑螺紋鋼和左旋螺紋鋼為材料的高強、超高強錨桿。對錨桿尾端螺紋部分熱處理的高強錨桿，極限載荷；對整根錨桿強化熱處理的超高強錨桿，極限載荷。
錨桿延伸率均在!&D以上。此外，錨桿螺母由錨桿鉆機擰緊，初錨力可達，用掘錨機的液壓鉆機擰緊時可達，有效地控制圍巖早期離層。根據(jù)巷道圍巖強度強化理論觀點，錨桿錨固力越高，錨固
體極限強度強化系數(shù)和殘余強度強化系數(shù)越大，錨固體的力學性能越能得到更好地改善，能夠更好地控制圍巖變形。
（!）一般采用全長樹脂錨固。由于錨桿支護系統(tǒng)剛度增大，頂板變形量顯著減小，同等條件下全長錨固時圍巖變形量僅為端頭錨固時的。同時全長錨固錨桿受力后中部軸力最大，兩端最小，因而有利于保持頂板的完整性。如果頂板條件較好，也可以采用加長錨固，錨固長度一般為"%左右。
（&）為了使錨桿形成整體，保持頂板的完整，防止局部圍巖冒落，常采用’鋼帶或鋼筋梯、金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)，與錨桿配套使用，形成完善的支護系統(tǒng)。
加長錨固可伸長增強錨桿的應用由于煤幫最為松軟，兩幫變形量大于頂板下沉量，特別是窄煤柱護巷時更為顯著。因此，錨桿應具有一定的伸長量，采用桿體可伸長增強錨桿是必要的。材料可用，直徑選"+%%、",%%，也可用螺紋鋼。桿體可伸長增強錨桿是普通錨桿尾部螺紋部分強化熱處理而成，使尾部螺紋部分的強度大于桿體強度，這樣既使得桿體的延伸性能得到充分發(fā)揮，又提高了錨桿的整體強度。用制成的桿體可伸長增強錨桿和同材料同直徑的普通錨桿比較，極限載荷從++(+23提高到了，延伸量從提高到。為保證幫錨桿具有一定的錨固力，錨固長度"%左右。為控制片幫，可使用鋼筋梯、網(wǎng)等。
!(加固巷道幫、角控制底鼓對加固巷道幫、角控制底鼓進行了研究。
巷道底鼓是這類巷道礦壓顯現(xiàn)的一個重要特征。
嚴重時底鼓量占到頂?shù)装逡平康?%以上，對運輸、行人造成很大的困難，巷道斷面的急劇縮小嚴重影響礦井通風和生產(chǎn)安全。
為了控制巷道底鼓，國內外進行了大量的研究工作。主要技術措施有：封閉型金屬支架、不同形式的反拱、底板錨桿、底板注漿加固、底板卸壓等。
發(fā)生底鼓的一個重要原因是在支承壓力作用下，圍巖發(fā)生不均勻的整體下沉，煤幫下沉引起巷道底鼓。
巷道角部由于應力集中造成破壞，因而以幫、角的塑性區(qū)、破碎區(qū)為最大。圖"是相似材料模擬試驗結果。
由于煤巷兩幫的下沉，使得巷道底板承受較大的水平擠壓力而引起底鼓。兩幫下沉量與底鼓量近似線性關系。圖!為黃塘嶺礦煤巷兩幫下沉與底鼓關系的有限元計算結果。
為了防治底鼓，開掘巷道后應盡早加固圍巖軟弱的幫和角（主要是底角），作用是：減弱巷道角部應力集中程度并在兩幫和底角盡快強化圍巖的強度，控制塑性區(qū)、破碎區(qū)的發(fā)展，防止和減少因底板圍巖塑性變形、粘塑性流動和破裂圍巖體積膨脹造成的底鼓。
（!）加固幫、角可提高巷道兩幫圍巖的自承能力，減少兩幫下沉量，從而減少底鼓量。
加固方法可在兩幫和底角打錨桿，也可以進行圍巖注漿加固。
當使用錨桿支護不能保證圍巖穩(wěn)定，常采用與不同形式的金屬支架聯(lián)合支護。

錨索加強與注漿加固圍巖

大斷面、地質破壞地段、直接頂軟弱且較厚、高地應力、綜放沿空巷道等處可用預應力小孔徑錨索加強。
當圍巖松軟破碎，可進行注漿加固。
預應力小孔徑錨索加強
小孔徑預應力錨索是適用于煤巷的一種施工簡單、安全可靠的支護技術。采用普通錨桿鉆機打眼，孔
徑28mm，孔深7-10m，15.24mm單根鋼絞線樹脂藥卷加長錨固，承載能力可達25KN。該技術施工設備及工藝簡單，縮短了錨固體養(yǎng)護和施工時間，實現(xiàn)錨索快速承載，價格低廉，是煤巷推廣錨桿支護的一項重要保證措施。
和一般錨索支護相比，小孔徑預應力錨索有以下特點：
施工設備簡單，用錨桿鉆機打孔，不需地質鉆機；孔徑28mm，鉆孔及安裝簡單方便，速度快；
用樹脂藥卷錨固，可以迅速凝結、張拉而承載；價格低廉，每套錨索100-200元，便于在煤巷普遍推廣使用。
!(巷道圍巖注漿加固
為了改善破碎、軟弱圍巖巷道錨桿支護錨固力偏低的狀況和提高圍巖的強度，可對巷道圍巖進行注漿
加固。即利用漿液充填圍巖內的裂隙，將破碎的巖體固結起來。
當圍巖特別破碎，裂隙十分發(fā)育，巷道隨掘隨冒時可采取超前注漿，一般條件采取滯后注漿。
注漿加固材料的選擇目前使用的注漿材料有化學漿液和水泥漿液兩大類?；瘜W漿液的優(yōu)點是滲透性好，膠凝時間可調，主要缺點是成本高、某些化學漿液污染環(huán)境，其一般只在需快速固化的重點工程中使用。水泥漿液可分為三類：一類是普通單液水泥漿，優(yōu)點是材料來源廣、價格低、結石體強度高，缺點是水灰比低、易沉淀淅水、結石率低、可注性差、凝結時間長且不易準確控制；二類是水
泥)水玻璃雙液漿，優(yōu)點是結石率較高、凝結時間短且可調，缺點是結石體強度較低，如控制不好結石體經(jīng)過一段時間后易松散，對工藝要求也較高；三類是我們研制的*+,高水速凝材料，這種新型注漿材料的優(yōu)點是速凝可調、水灰比高、流動滲透性好、在高水灰比條件下1.5：1結石且不淅水、固結體強度顯著高于水泥固結體，見圖.。當高水材料水灰比為即可初凝，其固結體的強度達3(/’%4567，不淅水，%&&-結石，在有泥質、膨脹成分的圍巖中注漿，不會發(fā)生泥化及膨脹等現(xiàn)象，滲透性能好。高水速凝材料水灰比可在1.0：1-1.5：1之間。
高水材料圍巖注漿加固參數(shù)選擇
注漿加固主要參數(shù)有：注漿時間、注漿壓力、漿液擴散半徑、注漿孔的布置、注漿量等。
7）注漿時間
裂隙的發(fā)育程度是注漿難易的一個重要因素。隨著巷道圍巖變形的增加，圍巖內的裂隙和滲透性均增
大，適當?shù)臏髸r間有利于漿液的滲透。通常注漿滯后時間應在圍巖變形速度減小，進入掘后穩(wěn)定期時進行。
8）注漿壓力
注漿壓力主要取決于圍巖的滲透條件、漿液的流動力學性質及注漿滲透范圍等。在煤巷中注漿，圍巖
很破碎時取&(/567的注漿壓力，較破碎時取1.0MPa左右，裂隙較小時取1.0-2.0MPa最高不超過.
3MPa。
9）漿液擴散半徑及注漿孔的布置
漿液擴散半徑是確定注漿孔布置及孔深的重要依據(jù)。影響擴散半徑大小的因素較多，主要取決于注漿
壓力、圍巖力學性質、裂隙密度及開度、漿液的流動力學參數(shù)及初凝時間等。正式注漿前，先進行注漿試驗，實測其擴散半徑。
注漿范圍一般為圍巖的裂隙發(fā)育區(qū)。深部圍巖裂隙不發(fā)育，漿液難以滲透，因而過深的注漿孔意義不
大。煤巷圍巖注漿孔深度在"$左右。
注漿孔的間排距主要由漿液的擴散半徑確定。兩孔的孔距應保證漿液滲透范圍有一定的交叉，可取"
倍擴散半徑的&(#倍。注漿孔排距一般在"$左右。軟巖巷道注漿重點應考慮幫、角。

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