郝一楠
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦機(jī)掘六隊(duì),山西 大同 037000)
礦井巷道開挖后,巷道四周存在的破碎巖層就喪失了原有的整體性,無法抵抗外部的壓力,這就成為巷道圍巖加固的范疇,此時(shí),通過安設(shè)錨桿,不僅能夠及時(shí)加固圍巖,還能提升圍巖的強(qiáng)度和承載力,因此,錨桿支護(hù)能被廣泛應(yīng)用在煤礦巷道中。錨桿支護(hù)圍巖的理論有:一是當(dāng)錨固體進(jìn)入穩(wěn)定的巖體中,借助桿體的支撐力,并通過懸吊作用提高圍巖的強(qiáng)度,進(jìn)而維護(hù)圍巖的穩(wěn)定;二是在巷道支護(hù)中,允許圍巖產(chǎn)生一定的變形,并通過圍巖的自身承載能力,在支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖間實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度理論;三是對支護(hù)形式及斷面形狀進(jìn)行改變,控制因巖體變形產(chǎn)生的局部破壞情況,保證能夠很好地支護(hù)巷道圍巖[1]。此外,根據(jù)錨固的長度大小,錨桿可分為端頭錨固、加長錨固和全長錨固,其中,對于端頭錨固,其錨固長度要求小于鉆孔深度的1/3,或者小于500 mm;對于全長錨固,其錨固長度要求滿足鉆孔深度的90%;對于加長錨固,其長度大小介于兩者之間[2],而本文主要分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下,改變錨桿長度對巷道變形的影響分布,進(jìn)而達(dá)到利用錨固長度來控制圍巖作用的目的。
端頭錨固是通過對錨桿體施加預(yù)緊力,利用產(chǎn)生的拉伸力擠壓圍巖,達(dá)到提高圍巖強(qiáng)度、降低圍巖變形的目的。此種方式適用于煤巖完整穩(wěn)定,同時(shí)開挖掘進(jìn)對巷道影響比較小的煤巷中[3]。
全長錨固是在最初安裝錨桿后,因圍巖未產(chǎn)生位移,不能與錨固體產(chǎn)生摩擦作用,因此,此時(shí)不能對圍巖起到錨固作用;而當(dāng)圍巖產(chǎn)生變形,或者圍巖與錨桿間產(chǎn)生相對位移時(shí),在錨桿的剪應(yīng)力作用下,對圍巖起到約束作用,進(jìn)而避免圍巖發(fā)生橫向變形[4]。
錨桿長度作為錨桿支護(hù)的關(guān)鍵參數(shù)之一,錨桿長度的選取應(yīng)能保證巷道內(nèi)形成的承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且能力強(qiáng),如果錨桿長度選取偏大,錨桿對錨固體的承載能力作用不明顯;如果選取偏小,會縮小錨固區(qū)的范圍,對巷道圍巖的穩(wěn)定效果也不好,所以,應(yīng)當(dāng)選取合理的錨桿長度范圍。依據(jù)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范,錨桿長度大小要大于或等于松動圈范圍,本文以某礦為對象,該礦回采巷道圍巖松動圈大小是1 912 mm,選取不同錨桿長度1 900、2 200、2 500 和2 800 mm。
本文中錨桿間排距是800 mm,分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下,改變錨桿長度對巷道變形的影響分布,為確定不同錨固方式下合理的錨桿長度提供理論基礎(chǔ)。另外,不同錨桿錨固長度選取參數(shù)如表1 所示。
表1 不用錨桿長度研究參數(shù)選取
通過分析端頭錨桿錨固方式下,改變錨桿長度對巷道頂?shù)装逡约皟蓚?cè)幫部變形的影響,得到下頁圖1 所示的變化曲線。
圖1 端頭錨固方式下,不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線
從圖1 可以看出,巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當(dāng)錨桿長度大于2 200 mm 時(shí),巷道巖幫的變形量減小不顯著;當(dāng)錨桿長度大于2 500 mm 時(shí),巷道頂板、煤幫的變形量減小不顯著。因此,綜合分析可知,端頭錨固方式下,巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm,頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。
通過分析加長錨桿錨固方式下,改變錨桿長度對巷道頂?shù)装逡约皟蓚?cè)幫部變形的影響,得到圖2所示的變化曲線。
圖2 加長錨固方式下,不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線
從圖2 可看出,巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當(dāng)錨桿長度為2 200 mm 時(shí),再增大其長度,對巷道巖幫的作用不顯著;當(dāng)錨桿長度增大至2 500 mm,再繼續(xù)增大,對巷道頂板、煤幫的作用也不顯著。因此,綜合分析可知,加長錨固方式下,巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm,頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。
通過分析全長錨桿錨固方式下,改變錨桿長度對巷道頂?shù)装逡约皟蓚?cè)幫部變形的影響,得到圖3所示的變化曲線。
從圖3 可知,巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小。當(dāng)錨桿長度增大至2 200 mm 后,再繼續(xù)增大,對巷道變形量減小不顯著。因此,綜合分析可知,全長錨固方式下,錨桿長度宜選取2 200 mm。
圖3 全長錨固方式下,不同錨桿長度對巷道變形量的影響曲線
綜上分析可知,對于端頭錨固方式,建議巖幫錨桿長度選取2 200 mm,頂板、煤幫錨桿長度選取2 500 mm,錨固長度均選取700 mm。對于加長錨固方式,巖幫錨桿長度選取2 200 mm,錨固長度選取1 050 mm;頂板、煤幫錨桿長度選取2 500 mm,錨固長度選取1 400 mm。對于全長錨固,錨桿長度選取2 200 mm,錨固長度選取2 100 mm。
為確定最優(yōu)的錨桿支護(hù)方案,進(jìn)而保證巷道開采的安全經(jīng)濟(jì)。本文主要分析端頭錨固、全長錨固以及加長錨固三種不同錨固方式下,改變錨桿長度1 900、2 200、2 500 和2 800 mm,對巷道變形的影響分布,結(jié)論是:
1)端頭錨固方式下,巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小,此時(shí),巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm,頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。
2)加長錨固方式下,巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小,此時(shí),巖幫錨桿長度宜選取2 200 mm,頂板、煤幫錨桿長度宜選取2 500 mm。
3)全長錨固方式下,巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)幫部的變形量隨著錨桿長度的增大而逐漸減小,此時(shí),錨桿長度宜選取2 200 mm。