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　　前言

 

　　近年來，錨固技術(shù)在土木、礦山工程中得到了廣泛地應(yīng)用，錨固技術(shù)使用的主要是錨桿，錨桿本身具有良好的力學(xué)性能、施工起來很簡(jiǎn)便，自從1912年美國阿伯施萊辛第一次將錨桿用于煤礦巷道的支護(hù)，該技術(shù)已擁有百年的歷史，隨著不斷地研究錨桿的工程力學(xué)特性，拓寬了錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在研究錨固劑錨桿工程力學(xué)特性的課題成為當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。

 

 

　　1.1小議錨固技術(shù)的含義

 

　　錨固技術(shù)，在專業(yè)領(lǐng)域成為巖體錨固技術(shù)，錨桿是該技術(shù)不可缺少的工具，主要是在土層或巖層中埋設(shè)錨桿。這樣的目的為了讓工程建筑能夠通過錨桿與底層合為一體，錨桿主要的作用是與附近的土層形成剪應(yīng)力結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生拉力，這樣就使附近的地層更為牢固，提高了工程的力學(xué)穩(wěn)定性。在土木、礦山工程中，采用錨固技術(shù)不但可以縮小工程的大小，減輕工程的自身重量，還可以節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。錨固技術(shù)的核心就是錨桿的力學(xué)特性，錨桿自身力學(xué)性能較佳、施工簡(jiǎn)便，現(xiàn)在很多該領(lǐng)域研究者一直在研究錨桿的材料，以前使用的主要是鋼制錨桿，現(xiàn)在慢慢發(fā)展使用玻璃鋼符合材料，因?yàn)槭褂貌煌牟牧峡梢愿淖兤浣缑媪W(xué)特性，方能進(jìn)一步拓展錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

 

　　1.2淺析錨固劑錨桿的應(yīng)用現(xiàn)狀

 

　　剛才上文已經(jīng)提到錨固技術(shù)的施工方法，主要使用的工具是錨桿，同時(shí)使用的錨桿有很多的種類，不同的錨桿有獨(dú)有的力學(xué)特性，現(xiàn)在就將談下錨固劑錨桿。該種錨桿不僅施工簡(jiǎn)便，而且經(jīng)濟(jì)成本較低，在巷道初期支護(hù)中得到廣泛地應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在錨固技術(shù)中使用錨固劑錨桿的用量達(dá)到一半以上。尤其是近些年來，錨固劑錨桿不斷地應(yīng)用在有色金屬礦工程中，說道金屬礦工程，和普通的煤礦工程不一樣，因?yàn)樗鼈兊墓こ痰刭|(zhì)和力學(xué)環(huán)境條件有一定的差異，在巷道圍巖地壓和變形表現(xiàn)出不同的力學(xué)性狀，在地層與結(jié)構(gòu)物之間采用錨桿支護(hù)，它屬于主動(dòng)支護(hù)技術(shù)，錨桿與巖層產(chǎn)生的剪應(yīng)力可以承受巷道圍巖地壓與變形。在金屬礦山工程中采用的是砂漿錨桿，這種類型的錨固劑錨桿有拉拔力較大、抗變形能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，但是也有一些不可避免的缺點(diǎn)，施工起來較為繁瑣，起到支護(hù)效果的時(shí)間有點(diǎn)慢，大傾角錨桿的注滿度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等。為了進(jìn)一步解決以上出現(xiàn)的問題，在保證安全、經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上，來優(yōu)化錨桿支護(hù)的參數(shù)，所以現(xiàn)在將研究錨固劑錨桿工程力學(xué)特性，來拓展其使用領(lǐng)域。

 

 

　　2.1分析工程地質(zhì)的特征

 

　　現(xiàn)在將對(duì)某地區(qū)鐵礦進(jìn)行應(yīng)用研究，先來分析該工程的地質(zhì)特征。礦石主要包括塊狀、染狀、斑塊狀、角礫狀磁鐵礦，對(duì)于塊狀磁鐵礦而說，該巖性較為堅(jiān)硬，穩(wěn)定性較好，而浸染狀和斑塊狀磁鐵礦，表面致密、堅(jiān)硬，穩(wěn)定性不如塊狀磁鐵礦好，角礫巖穩(wěn)定性較差。對(duì)于近礦圍巖來說，礦質(zhì)主要為花崗巖、斑狀花崗巖、矽卡巖、閃長(zhǎng)巖等，這些巖層主要收到破壞、腐蝕等作用，這和遠(yuǎn)礦的圍巖來比，穩(wěn)定性就比較差。石英長(zhǎng)石斑巖的強(qiáng)度比較高，穩(wěn)定性中等，但是處于近礦處，則穩(wěn)定性較差；花崗巖，成分主要包括鈣、鐵質(zhì)等，穩(wěn)定性中等；矽卡巖，如果它裸露在外表，該巖層容易因發(fā)生水解而崩塌，這種巖體穩(wěn)定性極差；

 

　　閃長(zhǎng)巖比較破碎，因?yàn)殚L(zhǎng)期受到腐蝕的影響，穩(wěn)定性很差。在開采礦山時(shí)，一般挖掘較深，對(duì)于深處的巖層來說，該礦體的水份很少。在該礦區(qū)，礦體和圍巖的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)基本一致，并且與礦體走向保持一致。開采深度300米至600米范圍內(nèi)，水平最大主應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值在1.5至2.0之間，平均2.14。

 

　　2.2深度剖析錨固劑錨桿工程力學(xué)特性

 

　　現(xiàn)在先來分析拉拔力/變形與支護(hù)時(shí)間關(guān)系，這個(gè)測(cè)試試驗(yàn)主要是在該鐵礦東南區(qū)地下350米的巷道中進(jìn)行的，主要是對(duì)不同支護(hù)年齡的錨固劑錨桿進(jìn)行了大量的測(cè)試，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)匯總，發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)呈現(xiàn)正態(tài)分布，以其均值作為該齡期的拉拔力/變形。從這個(gè)實(shí)測(cè)曲線可以發(fā)現(xiàn)，在施工前期時(shí)，錨固劑錨桿的拉拔力較低，經(jīng)過五天之后，拉拔力第一個(gè)峰值，經(jīng)過3天的穩(wěn)定期，拉拔力強(qiáng)度大多數(shù)是峰值的一半，九天以后，拉拔力達(dá)到了第二個(gè)峰值，但是增長(zhǎng)的幅度比較小，經(jīng)過十天以后，則達(dá)到了平均最大拉拔力65KN。而錨固劑錨桿的變形會(huì)隨著施工年齡的不斷增長(zhǎng)，抗變形能力逐漸降低，即脆性大幅度地增大?，F(xiàn)在再將錨固劑錨桿拉拔力與時(shí)間的曲線擬合，從該曲線發(fā)現(xiàn)其規(guī)律屬于階梯函數(shù)。然后將錨固劑錨桿變形與時(shí)間的曲線擬合，變形曲線可見，錨固劑錨桿變形表現(xiàn)為分段函數(shù)的形式。錨固劑錨桿拉拔力/變形隨支護(hù)齡期的增加呈現(xiàn)的飛躍式的變化，這種變化與錨固劑材料有著很大的關(guān)系，一般的錨固劑主要是由水泥、凝劑、膨脹劑、砂子等組成，然后將其包裝起來，在施工前還需要將其浸泡在水中一段時(shí)間。里面包含的速凝劑主要能夠縮短凝固的時(shí)間，但是會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，而膨脹劑會(huì)阻止混凝土固化過程中收縮，還可以增強(qiáng)結(jié)實(shí)性。在錨固劑使用的砂子量很少，導(dǎo)致其強(qiáng)度較小，對(duì)不同年齡的錨桿進(jìn)行破壞性的拉拔試驗(yàn)，破壞點(diǎn)主要是螺紋鋼凸起螺紋之間的錨固劑被剪斷，發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，隨著錨桿年齡的增長(zhǎng)，錨固劑的脆性變強(qiáng)，開始發(fā)生的拉伸摩擦，隨后發(fā)生的是剪切作用。總之，錨固劑錨桿的變形是拉拔力的遞增函數(shù)，安全系數(shù)隨錨桿承受的巷道壓力增加，安全系數(shù)逐漸減小。

 

　　3、探究巷道收斂變形監(jiān)測(cè)、錨固劑錨桿支護(hù)安全系數(shù)

 

　　現(xiàn)在就需要對(duì)東南區(qū)地下400米深處進(jìn)行收斂變形觀測(cè)，測(cè)試的礦石屬于塊狀磁鐵礦，它的穩(wěn)定性中等。通過觀測(cè)可以得到，巷道初期收斂變形不大，但是在此變形過程中存在一定的波動(dòng)性。經(jīng)過數(shù)月后，收斂變形速度變得很快，甚至出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致巷道失穩(wěn)并發(fā)生破壞。另外，對(duì)其進(jìn)行曲線擬合，根據(jù)大量的試驗(yàn)證明，在巷道施工初期時(shí)，收斂變形在平均線進(jìn)行了一定的浮動(dòng)，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，變形明顯加快。通過實(shí)測(cè)的曲線就可以確定莫啊估計(jì)錨桿的支護(hù)安全系數(shù)，根據(jù)收斂檢測(cè)的數(shù)據(jù)，可以推斷出不同時(shí)期的支護(hù)安全系數(shù)。但是，如果支護(hù)的施工時(shí)期不到一個(gè)月時(shí)，需要事先查詢?cè)撃挲g的變形值，然后將這個(gè)數(shù)值除以實(shí)測(cè)收斂變形值，則得到了高錨桿的支護(hù)安全系數(shù)。其實(shí)，根據(jù)國家礦山工程的規(guī)定，安全系數(shù)在1.5至2是最安全的，如果安全系數(shù)大于2時(shí)，則設(shè)計(jì)的參數(shù)較為合理，如果大于4.5時(shí)，那么巷道支護(hù)的經(jīng)濟(jì)成本過高，但是如果安全系數(shù)小于1.5，巷道欠支護(hù)，需要進(jìn)行巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)。

 

 

　　通過對(duì)實(shí)際的鐵礦進(jìn)行試驗(yàn)證明，錨固劑錨桿的拉拔力/變形與支護(hù)時(shí)間的關(guān)系表現(xiàn)為階梯函數(shù)，這個(gè)關(guān)系函數(shù)受到時(shí)間的制約，隨著時(shí)間的推移，變形能力呈先增后減的趨勢(shì)，說明該材料的脆性很大。另外，根據(jù)巷道收斂變形特性曲線，可以科學(xué)地推測(cè)出其安全系數(shù)，這樣可以判斷出錨桿支護(hù)的質(zhì)量，最后優(yōu)化了設(shè)計(jì)。因此，不斷地進(jìn)行錨固劑錨桿工程力學(xué)特性及應(yīng)用研究，這樣可以拓寬錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，為礦山工程建設(shè)帶來更大的貢獻(xiàn)。