摘要：淺析巷道圍巖松動(dòng)圈的基本理論、圍巖分類與松動(dòng)圈的測(cè)定方法、巷道錨桿支護(hù)機(jī)理，以及錨桿支護(hù)參數(shù)的合理選擇。
一、引言
錨桿支護(hù)在煤礦巷道的支護(hù)中，是一種應(yīng)用形式最多的支護(hù)方式。應(yīng)用錨桿支護(hù)，關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題就是如何選擇錨桿支護(hù)的參數(shù)，如何達(dá)到既經(jīng)濟(jì)合理，又能取得較好的安全支護(hù)效果，這才是最根本的目的。運(yùn)用圍巖松動(dòng)圈理論，以錨桿支護(hù)機(jī)理為基礎(chǔ)，合理選擇錨桿支護(hù)的參數(shù)，能夠取得較好的支護(hù)效果。
二、圍巖松動(dòng)圈的理論概念
礦井下的巖體，在開挖前是處于原始的應(yīng)力平衡狀態(tài)，當(dāng)開挖后這種平衡狀態(tài)就會(huì)遭到破壞和打破，使得由單向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)殡p向應(yīng)力狀態(tài)，并且在巷道周圍產(chǎn)生了應(yīng)力集中。而巷道周邊變?yōu)閱蜗驊?yīng)力狀態(tài)，其徑向應(yīng)力σr下降為零，切向應(yīng)力σt集中。當(dāng)圍巖集中應(yīng)力σt小于巖體強(qiáng)度時(shí)，圍巖處于彈性變形狀態(tài)；當(dāng)圍巖集中應(yīng)力σt大于巖體強(qiáng)度時(shí)，圍巖就會(huì)產(chǎn)生破裂松動(dòng)，并由巷道周邊開始向深部發(fā)展。這種破裂松動(dòng)，深入圍巖深部的距離稱為圍巖松動(dòng)區(qū)的厚度，這個(gè)破裂區(qū)則稱之為圍巖松動(dòng)圈。
三、圍巖分類與松動(dòng)圈的測(cè)定方法
圍巖松動(dòng)圈是由圍巖應(yīng)力和圍巖強(qiáng)度所決定的，所以各煤礦的地質(zhì)條件不同，其圍巖松動(dòng)圈的參數(shù)也不盡相同。確定圍巖松動(dòng)圈的最好辦法，就是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。我們可以采用圍巖裂隙探測(cè)儀，根據(jù)聲波波速和振幅，從而做出巷道圍巖巖體聲速振幅變化曲線，就很容易地確定了松動(dòng)圈的范圍。而對(duì)于采準(zhǔn)巷道來(lái)說(shuō)，測(cè)站間隔可達(dá)到50m以上，每個(gè)測(cè)站可設(shè)置幾條測(cè)線，每個(gè)測(cè)線布置6～8個(gè)測(cè)孔即可。頂板測(cè)孔要垂直頂板層理方向，其它測(cè)孔可沿煤層傾斜方向布置。測(cè)孔長(zhǎng)度，按煤層柱狀圖來(lái)確定，一般為2～3m，其鉆孔鉆好后用水將孔沖洗干凈，并將探頭插入鉆孔，注水封閉后即可測(cè)試。
在實(shí)際操作過(guò)程中，可以根據(jù)圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論，并結(jié)合單位實(shí)測(cè)資料進(jìn)行圍巖詳細(xì)分類。一般情況下，都將圍巖分成三類，即穩(wěn)定圍巖(松動(dòng)圈LP≤40cm)、中等穩(wěn)定圍巖(40cm＜LP≤150cm)和不穩(wěn)定圍巖(LP＞150cm)。按此分類，制定具體的支護(hù)方案與措施。
四、巷道錨桿支護(hù)機(jī)理
一般在現(xiàn)有的支護(hù)條件下，試圖采用支護(hù)手段來(lái)阻止圍巖的松動(dòng)破壞而是不可能的。支護(hù)的的主要作用就是限制圍巖松動(dòng)圈形成過(guò)程中破碎力所造成的有害變形。錨桿支護(hù)要達(dá)到較好的支護(hù)效果，其布置及參數(shù)必須充分考慮到松動(dòng)圈內(nèi)巖體的變形及破壞情況。利用錨桿支護(hù)的作用，就是通過(guò)巷道周邊的數(shù)根錨桿穩(wěn)固，使巖體互相擠壓，形成一個(gè)接近原巖強(qiáng)度的組合承載結(jié)構(gòu)，這樣既錨固圍巖的表層和防止冒落，又可利用巖體本身強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的支護(hù)效果。因此，錨桿支護(hù)參數(shù)的選擇，必須適應(yīng)圍巖松動(dòng)圈巖體的特性，這樣才是確定松動(dòng)圈參數(shù)與選擇錨桿支護(hù)的基本依據(jù)。如此施工方能達(dá)到應(yīng)有的效果和作用。
五、錨桿支護(hù)參數(shù)的合理選擇
1、穩(wěn)定圍巖
由于松動(dòng)圈圍巖的自重有限，錨桿將不起較大的作用。因此，對(duì)于整體性好、耐風(fēng)化的圍巖可不進(jìn)行支護(hù)，必要時(shí)可用單一的噴射混凝土來(lái)支護(hù)。這種工程實(shí)踐表明，其混凝土的最大厚度以不超過(guò)20cm為宜。在節(jié)省材料的同時(shí)，也能起到穩(wěn)定的支護(hù)作用。
2、中等穩(wěn)定圍巖
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的理論和實(shí)踐表明，這時(shí)圍巖碎脹變形比較明顯，其圍巖的收斂變形將使巷道巖體表層產(chǎn)生裂縫或破壞，因而必須用錨桿來(lái)控制其變形。錨桿錨固端為松動(dòng)圈以外的巖體，錨固端位于塑性區(qū)。所以采用懸吊理論來(lái)合理確定錨桿參數(shù)，使得錨桿能充分起到拉伸、擠壓、加固作用，從而使松動(dòng)圈內(nèi)巖體保持穩(wěn)定狀態(tài)。
(1)錨桿長(zhǎng)度確定。
L=LP+L1+L2
式中：L——錨桿長(zhǎng)度m；
LP——圍巖松動(dòng)圈厚度，m；
L1——錨桿錨入松動(dòng)圈以外穩(wěn)定圍巖的深度，可取0.2～0.3m；
L2——錨桿在巷道中外露長(zhǎng)度，m。
(2)錨桿間排距確定。選取錨桿間排距相等時(shí)，則錨桿錨固力應(yīng)滿足以下條件：
Qmin≥LP·D2·γ
D≤[Qmin/(LP·γ)]1/2
式中：D——錨桿間排距，m；
Qmin——錨桿最小錨固力，kN；
γ——圍巖的重力密度，kN/m3。
(3)錨桿直徑確定。按照每根錨桿懸吊的巖石重量來(lái)計(jì)算錨桿直徑。
D2·LP·γ≤πd2[σ]/4
d≥2D[(LP·γ)/(π[σ])]1/2
式中：d——錨桿直徑，mm；
[σ]——錨桿體許用應(yīng)力，N/mm2。
3、不穩(wěn)定圍巖
在巖石松動(dòng)圈大于1.5m時(shí)，巷道圍巖的收斂變形較大，這時(shí)支護(hù)除要有一定的支護(hù)強(qiáng)度外，還應(yīng)具備一定的可縮性。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，此時(shí)可采用錨噴網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，其錨桿參數(shù)選擇原理與上述相同。如松動(dòng)圈厚度較大，錨桿過(guò)長(zhǎng)也安裝不易，且承受較大的拉力，錨固效果可能不好。因此，在層狀巖層結(jié)構(gòu)下，選擇較堅(jiān)硬的巖層作為錨桿的錨固點(diǎn)，并在巷道表面布置金屬網(wǎng)進(jìn)行噴層處理，這樣會(huì)取得理想的支護(hù)效果。
六、結(jié)語(yǔ)
在巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)圍巖松動(dòng)圈理論，并通過(guò)測(cè)定來(lái)確定圍巖巖石的穩(wěn)定性與硬度情況，從而科學(xué)合理地確定錨桿及其相應(yīng)的支護(hù)形式。這樣，既能在現(xiàn)有的支護(hù)投資條件下達(dá)到安全支護(hù)的目的，又能最大限度地節(jié)省支護(hù)材料。
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