文献综述-锚杆控制巷道围岩机理研究

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1、锚杆控制巷道围岩机理研究摘要：：近年来锚杆支护技术快速发展,在煤矿巷道围岩控制中的应用也越来越广泛,尤其是在澳、美、英等锚杆支护技术先进国家，我国也在研究推广锚杆支护技术。锚杆支护由于能主动地加固围岩，变被动支护为主动支护，有效改善了矿井的支护状况，具有施工方便、效率高，有利于加快施工进度，且施工成本低、支护效果好等特点，而成为当今巷道支护改革的主要趋势。在介绍锚杆支护原理的基础上,分析了锚杆支护的优越性，并提出应注意的事项。关键词：锚杆支护；煤巷；研究1国内外煤巷锚杆支护现状1.1国内外煤巷锚杆应用概况由于各国的技术、经济状况及煤层地质条件的差异比较大，煤巷锚杆支护的

2、发展历程也表现岀各自不同的特点。1）美国美国是世界上最早使用锚杆作为煤矿顶板支护方式的国家（1912年），依据其得天独厚的地质条件及先进的科技、经济实力，在锚杆支护技术方面一直处于世界领先水平，是目前卅界上锚杆支护技术最先进、最成熟、锚杆使用数量最多的国家，每年锚杆使用量在8000万根以上，约25000km的煤巷使用锚杆支护。由于使用锚杆有效地控制围岩的稳定性，美国所有的井工巷道都布置在煤层中，并认为不能采用锚杆支护的煤层，开采是不经济的。60年代末由于树脂锚固剂的发明，锚杆使用的相当一部分比例都是以树脂锚固剂全长胶结的形式，并且锚杆的直径和强度都有所提高（直径大约为1

3、9mm,强度大约为300MPa）o随着人们对全长胶结锚杆的机理及应用条件的认识，认为高预拉力对于更大限度地提高顶板的稳定性具有特别重要的意义。在70年代末，美国首次将涨壳式锚头与树脂锚固剂联合使用，使得锚杆能够实现很高的预拉力，同时锚杆的直径和强度有了进一步的提高（直径达到22mm和25mm,强度达到517MPa）,锚杆的高预拉力可以达到杆体本身强度的50%〜75%O这种锚杆系统的安装速度很快，安装机具不需等到树脂固结就可以移至安装下一根锚杆的地方，因而可以采用中速或慢速树脂锚固剂。美国的主要经验是：将锚杆加工产业化；锚杆支护作为一门技术，而非材料消耗、废品利用，形成了

4、锚杆产品的多样化、多系列，以适应各种不同的条件；锚杆设计、制造、服务一体化；将高新技术用于锚杆设计；强调锚杆的高强度、高预拉力，并将锚杆的预拉力作为锚杆支护的主要参数进行设计，形成了不同与其它国家的锚杆支护方法。2）澳大利亚绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。其锚杆参数设计方法有其独到Z处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系统设计方法。设计步骤主要包括以下几个基本部分：地质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评估的主要内容；锚杆支

5、护参数设计，在巷道围岩力学评估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的方案进行围岩稳定性分析；现场施工；现场监测、信息反馈和优化调整设计。3）英国1946年首次试验机械涨壳式锚杆，1952年在NCB矿大规模使用机械式锚杆,但由于机械式锚杆不适宜英国较软弱的煤系地层，到60年代屮期，英国逐渐开始不使用锚杆支护技术；80年代屮后期开始重新发展锚杆支护技术，使用比重达到80%,主要引进澳大利亚锚杆技术，包括：（1）采用高强度的澳大利亚锚杆支护系统（AT锚杆），包括高强度树脂锚杆全长锚固技术、清洁钻孔的做法、锚杆与钻孔需紧密

6、配合等等，树脂粘结强度达到5〜lOMPa,锚杆锚固力达到250kN以上；（2）根据实际的地质、开采条件，研究围岩的应力状态，掌握岩层移动、锚杆载荷的分布和发展，合理设计锚杆支护参数。4）其它国家自1932年发明U型钢支架以来，德国主要采用U型钢支架支护巷道，支护比重达到90%以上；自80年代以来，由于采深加大，U型钢支架支护费用高，巷道维护日益困难，开始使用锚杆支护；80年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区试验成功。60年代中后期，法国引进由德国发明、60年代进入商品化的树脂全长锚固技术，几起严重的围岩坍塌促使法国煤科院在Lorraine煤田对树脂锚杆进行深入研究，80年代以后

7、锚杆使用比重大大提高。5）国内情况自50年代以来，锚杆支护技术在我国也得到了逐步应用，煤矿于1956年开始使用锚杆，主要是机械端锚和钢丝绳砂浆无托盘锚杆，用在较稳定的岩石巷道中，70〜80年代，国家科技攻关中一直将软岩锚杆支护列为主攻方向之一，80年代末期，开始引进澳大利亚技术，树脂锚杆研制成功并推广应用，煤巷锚杆进入发展的快车道，I、II、III类巷道锚杆支护很快取得成功，IV、V类巷道也积累了很多经验，煤巷锚杆的推广应用力度进一步加强，但由于我国煤矿地质条件相对于美国、澳大利亚、英国等更加复杂，我国煤巷锚杆支护不仅要使用在煤质中硬、围