关于锚杆技术的应用

　　随着煤巷锚杆支护的推广普及，在一些生产地质条件下使用锚杆支护有一定困难，不足以维护工程稳定。为扩大锚杆支护使用范围充分发挥锚杆支护的经济、快速、安全可靠的优点，在大断面、地质构造破坏地段、顶板软弱且较厚、高地应力、综放巷道等困难、复杂的巷道中，需要采用与锚杆支护相配套的支护形式和相关的技术。

一、预应力锚索技术
　　预应力锚索加强支护在煤巷支护中占有重要地位，它具有锚固深度大、承载能力高、可施加较大的预紧力等特点，因而可获得理想的支护加固效果。其加固范围、支护强度、可靠性是普通锚杆支护所无法比拟的。
　　1.锚索的作用机理。预应力锚固是把锚索埋入岩层内部进行预加应力的施工技术，是传递主体结构的支护应力至深部稳定岩层的主动支护。其作用方式一般有3种：第一、自承拱作用。锚索安设锁紧后，锚索集中应力以45°压力分布线传递至支护结构物上，在预应力作用下，围岩产生压缩，可使松散围岩在锚索的弹性压缩下形成“自承拱”，提高了围岩的整体性和在抗力，增加其强度，其它力学性能也会得到改善，有效地控制了围岩的有害变形的发展，增大了围岩的稳定程度。第二、组合梁作用。组合梁作用就是锚索穿过层状岩层，使岩层层面和层理之间的摩擦力增大，增强围岩的整体性，阻止岩层间的分离、位移，提高岩层的抗弯强度。第三、悬吊作用。悬吊作用就是锚索把不稳定岩块吊挂在稳定岩体上，限制不稳定岩块的位移，防止其冒落。
　　2.锚索主要参数的确定。在进行锚索设计时，可按自承拱作用、组合梁作用、悬吊作用进行锚索主要参数的确定，即锚固长度、锚索长度、锚索的间排距，但由于岩层本身具有承载力，尤其是采用锚杆支护的顶板，围岩强度得到了提高，设计中应考虑到此因素。根据大量的现场成功试验数据，考虑到岩性和施工等影响因素及安全系数，锚固长度为：水泥浆锚固，最小锚固长度为2.5m；树脂锚固，最小锚固长度为1.0m；锚索长度，可根据岩性和钻眼机具能力进行综合考虑，一般为5-8m。锚头端张拉长度不小于300mm；锚索的间排距e和长度L一般宜满足L：e≥2。

　　二、组合锚杆支护
　　1.组合锚杆支护机理。（1）由于锚杆预紧力和锚杆工作阻力的作用，可提高巷道围岩C值，增加巷道顶板和两帮的承载能力。（2）钢带、金属网将单体锚杆群联系在一起，从而改善和平衡了巷道顶板各部位的受力和变形状态，避免和消除了因局部破坏而导致整个支护体系失稳、失效的不良影响，使围岩始终保持良好的支护状态。（3）锚杆、钢带联成一体，对顶板弯曲变形具有明显的限制作用，比单体锚杆更能有效地阻止顶板岩层节理、裂隙的发生和扩展，从而提高了顶板岩层的完整性和稳定性。（4）组合锚杆支护中金属网的整体护顶作用效果显著。金属网的作用一方面全面护顶，使顶板受力均匀；另一方面即使局部岩石脱离岩体，在网的撑托作用下不致冒落下来，有效地控制了围岩的破坏，保证了整体支护体系发挥正常支护作用。（5）W钢带作为组合锚杆中的主要支护构件，具有连接锚杆、金属网和围岩体为一整体的综合作用，把锚杆和围岩加固接连为一体，使之性能更加匹配，使围岩受力更趋于均匀，特别是加强了对锚杆之间的围岩支护作用，克服了锚杆群支护的不足，提高了组合锚杆对围岩的整体支护效果。
　　2.组合锚杆支护参数的确定。组合锚杆支护参数包括：梁、钢带、金属网的材料与规格，锚杆的主要力学参数（锚固方式、锚固力、锚杆直径、长度、间排距）。目前对组合锚杆支护参数的确定更多地依赖于现场专家和工程类比法，设计方法具有很大的局限性，设计的参数不合理，严重地影响了锚杆支护的支护效果。因此寻求可靠、科学、合理的设计方法还需做进一步的研究工作。

　　三、巷道围岩注浆加固
　　1.围岩注浆加固机理。（1）注浆提高巷道围岩弱面的强度和变形模量浆液固结体的强度不一定比围岩高，但加固材料具有较大的粘结力，可显著提高弱面的强度和刚度，某些材料的塑性变形较大，当载荷较大时，固结体发生变形但不破坏，载荷主要有强度较高的围岩承担，围岩的破坏由原来强度较低的弱面控制转变为强度较高的围岩控制。弱面强度和弹性模量等力学性能的改善，大大地提高了岩体的强度，从而提高了围岩的自身承载能力，改善围岩维护状况。（2）充填压密裂隙。注浆时浆液在泵压的作用下，渗透充填一些裂隙，另外经挤压可以使一些充填不到的裂隙闭合，提高围岩的强度，降低岩体的孔隙率，可大幅度提高岩体的强度。裂隙内充满加固材料压密后，将由二向应力状态转变为三向应力状态，而岩体在三向应力状态时的强度比二向应力状态时显著增大，并且脆性减弱、塑性增强。（3）注浆封闭水源、隔绝空气。由理论研究和工程实践得知水对巷道围岩有软化、溶蚀等作用，能显著降低巷道围岩的强度，风化也会对围岩强度造成较大的损失。围岩注浆后，隔离巷道流水及防止或减轻水对围岩的软化，同时也有效地防止围岩风化。
　　2.注浆加固主要参数的确定。注浆加固属于隐蔽性工程，注浆加固工程的地质条件及应力状况具有复杂多变的特性，这给注浆参数的理论计算带来了困难。目前的注浆理论都是在一定假设、简化条件下建立的，与工程实际有一定差距。注浆加固参数的设计一般以理论计算作为参考，根据工程类比法及现场注浆实际情况进行调整。注浆加固主要参数有：注浆时间、注浆压力、注浆量、浆液扩散半径、浆液固结体力学性能的确定及注浆孔的布置。

　　四、结语
　　在特殊的地质和开采技术条件下，采用预应力锚索支护技术、注浆加固技术、组合锚杆支护技术是扩大锚杆支护的应用范围、充分发挥锚杆支护作用的有效的技术措施。为此，应当加强对各自支护机理和支护参数设计的研究工作，确定出科学、合理、可靠的支护技术措施，将进一步推动我国锚杆支护的发展，提高我国的锚杆支护技术水平。