锚杆全长锚固支护研究与实践

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1、大淑村矿锚杆全长锚固支护研究与实践王争（冀中能源峰峰集团有限责任公司大淑村矿，河北武安056300）摘要：为解决传统锚杆支护在巷道复杂条件下存在的问题，从理论上分析了不同锚固方式支护对巷道的影响，得出了全长锚固在巷道实际应用中的优点，即能够增强锚杆对围岩错动及离层的控制。通过在大淑村矿的井下实践，证明了锚杆全长锚固支护方式优于传统端锚支护，能有效控制围岩变形，支护效果良好。关键词：锚杆支护；全长锚固；强力支护。目前锚杆支护技术在软岩巷道支护方面是关键技术之一，该技术可实现巷道安全、高效掘进。近几年来，在国内外锚杆支护技

2、术已得到普遍应用。目前大淑村矿主要采用高强度螺纹钢锚杆端头锚固做为主要的支护方式。但是，对于一些复杂困难条件巷道，端头锚固支护效果差，且不能满足巷道支护要求。近几年来，随着大淑村矿的采深越来越大，地质条件也越来越复杂，巷道支护日益困难，原有的支护工艺难以保证巷道围岩稳定，因此在172106运料石门、新东正巷等地区采用了锚杆全长锚固方案，有效的解决了这一难题。1、锚固方式对巷道支护的影响根据锚杆的锚固长度，可将锚固方式分为端锚、加长锚和全长锚3种［2］。对于端锚是由锚固剂在锚杆端头提供锚固力，锚杆的轴向受力除锚固端外，均

3、匀分布在沿锚杆长度方向内，只有当岩层发生较大错动时，锚杆杆体的抗剪能力才能发挥作用。对于锚杆杆体的全长锚固，锚固剂将锚杆杆体全部锚固在岩体内，与围岩形成一个统一的整体，该锚固方式不但给锚杆提供较强的锚固力，而且在岩层发生错动时，能够与杆体共同起到抗剪切作用，阻止岩层发生节理位移。对于全长锚固及端头锚固，很多专家及学者对其进行过专项研究［4-5］，得到以下共识:对于端头锚固方式，应力及应变沿锚杆长度方向上相等。在锚固范围内，岩层的离层沿整个杆体的长度均匀分散，杆体受力对围岩的离层及变形并不敏感，支护刚度相对较低。对于全长

4、锚固，应力及应变沿锚杆长度方向分布，对岩层滑动大及不均匀离层的杆体部位受力很大，杆体的受力对围岩离层及变形都很敏感，能及时抑制围岩相对位移与离层，其支护刚度相对较高，如图1所示。这是全长锚固与端头锚固的根本区别。图1端锚与全长锚支护作用的区别近年来预应力在锚杆支护中所起的关键作用已被得到重视。全长预应力锚固不同于传统的全长锚固［6］，其主要是通过锚固剂的凝胶时间差来实现的，具有端部锚固和全长锚固的优点，预紧力矩能够在较长的杆体上施加，具有较好的锚杆预应力扩散效果，同时增加了对围岩错动及离层的敏感度。锚杆支护技术规范规定

5、，全长锚固是指锚杆的锚固长度不小于钻孔长度的90%。但有研究表明［7］锚杆常在锚固段与自由段的交界面发生破坏，钻孔内最容易发生破坏的位置是为锚固的位置是。因此，在大淑村矿应用的全长预应力锚固是锚固长度等于钻孔长度，即全钻孔充满锚固剂。2、全长锚固锚杆支护机理一般从结构观点出发认为，锚杆支护机理是组合梁和悬吊作用。该理论可防止危岩和剪裂区局部坍塌。但却难以解释在软岩层内锚杆支护设计的问题。因此，从围岩与锚杆共同作用的观点出发，才能较全面地分析锚杆支护机理；全长锚固锚杆和巷道塑性区围岩之所以能够共同作用，主要是靠锚杆和围岩

6、之间的粘结力(或摩擦力)，约束塑性区围岩变形，提高围岩残余强度，即提高了塑性区的平均粘结力C1，锚固区压紧后，岩体节理面间的咬合更紧，因此塑性区内摩擦角ψ1也稍有提高，形成承载拱共同支护体系。从锚杆支护与围岩共同作用形成承载拱支护机理出发，需满足以下条件，(1)锚杆为连续、均质、各向同性弹性体;锚杆与围岩之间有足够的粘结力(或摩擦力),不产生相对滑动。(2)锚杆支护的巷道为无限长圆形巷道(平面应变问题)，锚杆均匀地分布在巷道周边。(3)围岩在一定范围内为弹塑性变形。侧压力系数为λ=1。在上述条件下，围岩应力及变形的弹塑

7、性分析给出的围岩塑性区半径和塑性区径向位移表达式为：R0-----巷道围岩塑性区半径，mro-----巷道开挖半径，mr-----距巷道中心点径向距离，mP0-----原岩应力，MPaPi-----锚杆对巷道周边支护抗力，MPaUr-----塑性区径向位移，mC1-----塑性区加锚杆后粘结力（等于原岩粘结力C），MPaΨ1-----塑性区加锚杆后内摩擦角（等于原岩内摩擦角Ψ），0G-----围岩剪切模量，MPa。锚杆直径分析：由于锚杆通过粘结剂与孔壁(围岩)紧密粘结,不产生相对滑动，因此得出：D-----锚杆直径，m

8、E-----锚杆弹摸，MPa通过研究得知，锚杆直径选择与巷道开挖半径，锚杆弹模E、粘结剂、围岩力学参数(剪切模量G、粘结力C、内摩擦角ψ)和原岩应力P0有关。一般巷道开挖半径越大，需要安装的锚杆直径就越粗。粘结剂剪切强度要与锚杆和围岩力学参数相匹配，才能充分发挥三者能力，形成共同支护体系。3、大淑村矿全长锚固加固方案工程地质条件大