文獻(xiàn)綜述-錨桿控制巷道圍巖機(jī)理研究

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1、錨桿控制巷道圍巖機(jī)理研究摘要：：近年來(lái)錨桿支護(hù)技術(shù)快速發(fā)展,在煤礦巷道圍巖控制中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,尤其是在澳、美、英等錨桿支護(hù)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家，我國(guó)也在研究推廣錨桿支護(hù)技術(shù)。錨桿支護(hù)由于能主動(dòng)地加固圍巖，變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，有效改善了礦井的支護(hù)狀況，具有施工方便、效率高，有利于加快施工進(jìn)度，且施工成本低、支護(hù)效果好等特點(diǎn)，而成為當(dāng)今巷道支護(hù)改革的主要趨勢(shì)。在介紹錨桿支護(hù)原理的基礎(chǔ)上,分析了錨桿支護(hù)的優(yōu)越性，并提出應(yīng)注意的事項(xiàng)。關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)；煤巷；研究1國(guó)內(nèi)外煤巷錨桿支護(hù)現(xiàn)狀1.1國(guó)內(nèi)外煤巷錨桿應(yīng)用概況由于各國(guó)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)狀況及煤層地質(zhì)條件的差異比較大，煤巷錨桿支護(hù)的

2、發(fā)展歷程也表現(xiàn)岀各自不同的特點(diǎn)。1）美國(guó)美國(guó)是世界上最早使用錨桿作為煤礦頂板支護(hù)方式的國(guó)家（1912年），依據(jù)其得天獨(dú)厚的地質(zhì)條件及先進(jìn)的科技、經(jīng)濟(jì)實(shí)力，在錨桿支護(hù)技術(shù)方面一直處于世界領(lǐng)先水平，是目前卅界上錨桿支護(hù)技術(shù)最先進(jìn)、最成熟、錨桿使用數(shù)量最多的國(guó)家，每年錨桿使用量在8000萬(wàn)根以上，約25000km的煤巷使用錨桿支護(hù)。由于使用錨桿有效地控制圍巖的穩(wěn)定性，美國(guó)所有的井工巷道都布置在煤層中，并認(rèn)為不能采用錨桿支護(hù)的煤層，開(kāi)采是不經(jīng)濟(jì)的。60年代末由于樹(shù)脂錨固劑的發(fā)明，錨桿使用的相當(dāng)一部分比例都是以樹(shù)脂錨固劑全長(zhǎng)膠結(jié)的形式，并且錨桿的直徑和強(qiáng)度都有所提高（直徑大約為1

3、9mm,強(qiáng)度大約為300MPa）o隨著人們對(duì)全長(zhǎng)膠結(jié)錨桿的機(jī)理及應(yīng)用條件的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為高預(yù)拉力對(duì)于更大限度地提高頂板的穩(wěn)定性具有特別重要的意義。在70年代末，美國(guó)首次將漲殼式錨頭與樹(shù)脂錨固劑聯(lián)合使用，使得錨桿能夠?qū)崿F(xiàn)很高的預(yù)拉力，同時(shí)錨桿的直徑和強(qiáng)度有了進(jìn)一步的提高（直徑達(dá)到22mm和25mm,強(qiáng)度達(dá)到517MPa）,錨桿的高預(yù)拉力可以達(dá)到桿體本身強(qiáng)度的50%?75%O這種錨桿系統(tǒng)的安裝速度很快，安裝機(jī)具不需等到樹(shù)脂固結(jié)就可以移至安裝下一根錨桿的地方，因而可以采用中速或慢速樹(shù)脂錨固劑。美國(guó)的主要經(jīng)驗(yàn)是：將錨桿加工產(chǎn)業(yè)化；錨桿支護(hù)作為一門(mén)技術(shù)，而非材料消耗、廢品利用，形成了

4、錨桿產(chǎn)品的多樣化、多系列，以適應(yīng)各種不同的條件；錨桿設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)一體化；將高新技術(shù)用于錨桿設(shè)計(jì)；強(qiáng)調(diào)錨桿的高強(qiáng)度、高預(yù)拉力，并將錨桿的預(yù)拉力作為錨桿支護(hù)的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成了不同與其它國(guó)家的錨桿支護(hù)方法。2）澳大利亞絕大多數(shù)煤巷采用錨桿支護(hù)，主要推廣全長(zhǎng)樹(shù)脂錨固錨桿，強(qiáng)調(diào)錨桿強(qiáng)度要高。其錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)方法有其獨(dú)到Z處，將地質(zhì)調(diào)研、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、信息反饋等相互關(guān)聯(lián)、相互制約的各部分作為一個(gè)系統(tǒng)工程進(jìn)行考察，使它們形成一個(gè)有機(jī)的整體，形成了錨桿支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)步驟主要包括以下幾個(gè)基本部分：地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，地應(yīng)力狀況和圍巖力學(xué)性質(zhì)是地質(zhì)力學(xué)評(píng)估的主要內(nèi)容；錨桿支

5、護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，在巷道圍巖力學(xué)評(píng)估的基礎(chǔ)上，應(yīng)用有限差分?jǐn)?shù)值模擬分析輔以工程類比和理論計(jì)算進(jìn)行錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)；對(duì)初始設(shè)計(jì)選定的方案進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析；現(xiàn)場(chǎng)施工；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、信息反饋和優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)。3）英國(guó)1946年首次試驗(yàn)機(jī)械漲殼式錨桿，1952年在NCB礦大規(guī)模使用機(jī)械式錨桿,但由于機(jī)械式錨桿不適宜英國(guó)較軟弱的煤系地層，到60年代屮期，英國(guó)逐漸開(kāi)始不使用錨桿支護(hù)技術(shù)；80年代屮后期開(kāi)始重新發(fā)展錨桿支護(hù)技術(shù)，使用比重達(dá)到80%,主要引進(jìn)澳大利亞錨桿技術(shù)，包括：（1）采用高強(qiáng)度的澳大利亞錨桿支護(hù)系統(tǒng)（AT錨桿），包括高強(qiáng)度樹(shù)脂錨桿全長(zhǎng)錨固技術(shù)、清潔鉆孔的做法、錨桿與鉆孔需緊密

6、配合等等，樹(shù)脂粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到5?lOMPa,錨桿錨固力達(dá)到250kN以上；（2）根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)、開(kāi)采條件，研究圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，掌握巖層移動(dòng)、錨桿載荷的分布和發(fā)展，合理設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)。4）其它國(guó)家自1932年發(fā)明U型鋼支架以來(lái)，德國(guó)主要采用U型鋼支架支護(hù)巷道，支護(hù)比重達(dá)到90%以上；自80年代以來(lái)，由于采深加大，U型鋼支架支護(hù)費(fèi)用高，巷道維護(hù)日益困難，開(kāi)始使用錨桿支護(hù)；80年代初期，錨桿支護(hù)在魯爾礦區(qū)試驗(yàn)成功。60年代中后期，法國(guó)引進(jìn)由德國(guó)發(fā)明、60年代進(jìn)入商品化的樹(shù)脂全長(zhǎng)錨固技術(shù)，幾起嚴(yán)重的圍巖坍塌促使法國(guó)煤科院在Lorraine煤田對(duì)樹(shù)脂錨桿進(jìn)行深入研究，80年代以后

7、錨桿使用比重大大提高。5）國(guó)內(nèi)情況自50年代以來(lái)，錨桿支護(hù)技術(shù)在我國(guó)也得到了逐步應(yīng)用，煤礦于1956年開(kāi)始使用錨桿，主要是機(jī)械端錨和鋼絲繩砂漿無(wú)托盤(pán)錨桿，用在較穩(wěn)定的巖石巷道中，70?80年代，國(guó)家科技攻關(guān)中一直將軟巖錨桿支護(hù)列為主攻方向之一，80年代末期，開(kāi)始引進(jìn)澳大利亞技術(shù)，樹(shù)脂錨桿研制成功并推廣應(yīng)用，煤巷錨桿進(jìn)入發(fā)展的快車道，I、II、III類巷道錨桿支護(hù)很快取得成功，IV、V類巷道也積累了很多經(jīng)驗(yàn)，煤巷錨桿的推廣應(yīng)用力度進(jìn)一步加強(qiáng)，但由于我國(guó)煤礦地質(zhì)條件相對(duì)于美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)等更加復(fù)雜，我國(guó)煤巷錨桿支護(hù)不僅要使用在煤質(zhì)中硬、圍