煤巷锚杆支护机理 -全讯官网

    1 锚杆构件作用

　　对于锚杆杆体本身来说,由于杆体长度方向和尺寸大于其它两个方向的尺寸,所以力学上属于杆件。这种构件主要提供两方面的作用,第一是抗拉;其次是抗剪作用。

　　锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起。对于端部锚固锚杆,锚固剂的作用在于提供粘结力,使锚杆能承受一定的拉力。对于全长锚固锚杆,锚固剂的作用主要有两方面:将锚杆杆体与钻孔孔壁粘结在一起,是锚杆随着岩层移动承受拉力;当岩层发生错动时,与杆体共同起抗剪作用,阻止岩层发生滑动。

　　2 锚杆支护理论

　　2.1 悬吊理论

　　悬吊是最早的锚杆支护理论,它具有直观,易懂及使用方便的特点。特别是在顶板上部有稳定岩层,而其下部存在松散、破碎岩层的条件下,这种理论应用比较广泛。但是这种理论仅考虑了锚杆的抗拉作用,没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的提高,因此理论计算的锚杆载荷与实际出入较大。

　　2.2 组合梁理论

　　组合梁理论适用于层状岩层,对于端部锚固锚杆,其提供的轴向力将对离层产生约束,并且增大了各岩层间摩擦力,与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。对于全长锚固锚杆,锚杆和锚固剂共同作用,明显改善了锚杆受力状况,增加了控制顶板离层和水平错动的能力,支护效果优于端部锚固锚杆。

　　2.3 加固拱理论

　　加固拱理论充分考虑了锚杆支护的整体作用,在软岩巷道中得到较为广泛的应用。大量的试验表明,即使在软弱松散破碎的岩层中安装锚杆,也可以形成一个承载结构。只要锚杆间距足够小,就能在岩体中产生一个均匀压缩带,它可以承受破坏区上部破碎岩石的载荷。

　　3 锚杆支护作用分析

　　3.1 锚杆的早期作用

　　巷道开掘阶段顶板破坏范围较小,此时锚杆的作用主要是控制顶板下部岩层的滑动、离层、失稳。锚杆安装越及时,预紧力越大,则效果越好。

　　事实上,锚杆越粗锚杆预紧力越大,提供的抗剪力越大,岩层越不容易发生错动。即使载岩层之间的粘结力丧失,在水平应力作用下发生压曲,压曲临界载荷也会得到明显提高。

　　相反,如果锚杆没有预紧力,则只有当岩层产生一定变形时锚杆才有载荷,显然不能控制在这以前顶板岩层的离层和失稳。预紧力太小也不能起到良好效果。如果锚杆安装不及时,较大范围内的岩层已产生滑动、失稳、离层,岩层承载能力丧失很大,再打锚杆就不会取得良好的锚固效果。

　　3.2 锚杆的中期作用

　　掘进影响稳定后至受到采动影响前,称之为中期阶段。此阶段主要是由于岩石的流变效应,致使随着时间推移,岩层强度不断降低,顶板下沉及锚杆受力逐渐加大,最后形成一定范围的破坏区。当巷道有煤柱时,残余支撑压力也影响巷道围岩变形和破坏。

　　3.3 锚杆的后期作用

　　当巷道支护时间很长或受到回采影响后,巷道围岩破坏区会进一步扩大,围岩变形急剧增加,锚杆受力增大。会出现三种情况:一是锚固端仍处于稳定岩层中,只是由于破坏区内的岩层进一步扩容、离层而引起锚杆受力增加,顶板下沉增大。但只要保证锚杆不被拉断,巷道仍能保持稳定。二是稳定岩层上移,锚杆完全处于破坏岩层内。此时,锚杆的作用发生了较大变化,但只要锚杆参数选择比较合理,顶板仍能保持稳定。三是当锚杆参数不合理或次生承载层所受载荷很大时,承载层内仍会出现较大的扩容、离层,承载能力下降,厚度减小。

　　4 锚索作用

　　与锚杆相比,锚索具有锚固深度大、锚固力强、可施加较大的预紧力等诸多优点,是困难巷道工程支护加固不可缺少的重要手段。锚索有不同形式,如端锚预紧力锚索,全长锚固预紧力锚索,以及全长锚固非预紧力锚索等。不同形式的锚索其支护加固机理也有所不同。

　　4.1 端锚预紧力锚索

　　一般认为这种锚索主要是悬吊作用。锚索把下部不稳定岩层悬吊于上部稳定的岩层。主要是将锚杆支护形成的次生承载层与围岩的关键承载层相连,阻止因次生承载层失稳而引起的顶板垮落。同时,由于锚索可施加较大的预紧力,可挤紧和严密岩层中的层理、节理裂隙等不连续面,增加不连续面之间的摩擦力,从而提高围岩的整体强度。

　　4.2 全长锚固预紧力锚索

　　这种锚索不仅具有端部锚固预紧力锚索的各种作用,而且由于锚索沿全长锚固,具有类似全长锚固锚杆的作用。索体和锚固剂共同作用,提高岩体的整体强度和刚度。

　　结语

　　(1)巷道围岩变形和破坏的特点在于每个变形阶段都有自己的特征,煤巷与岩巷相比有许多特色。

　　(2)巷道围岩扩容、离层与滑动是锚杆受力的主要原因。巷道围岩变形和破坏的规律在不同阶段具有明显差别。因此,锚杆支护的作用在巷道不同受力阶段有其特点,而且是不断变化的。

　　(3)锚杆的早期作用主要是阻止破碎岩块掉落并抑制浅部围岩扩容和离层,减小岩层压曲和弯曲失稳的可能性。锚杆安装越及时,预紧力越大,支护效果越好。

　　(4)随着时间的推移和受到采动的影响,巷道围岩的破坏范围会逐渐扩大。当锚杆能伸入稳定岩层中时,其作用主要表现为:将破坏区岩层与稳定岩层相连,阻止破坏层垮落。

　　(5)锚杆不能伸入稳定岩层时,其作用主要是在破坏区内形成次生承载层,阻止上部破坏岩层扩容和离层。同时使围岩深部岩层内的应力分布趋于均匀和内移。

　　(6)钢带和钢筋托梁的早期作用主要是防止锚杆间的破碎岩块掉落。随着锚固区岩层扩容、离层的增大,钢带和钢筋托梁受力逐渐增加,对锚杆间的围岩施以径向约束,阻止其产生进一步的扩容和离层,从而增加次生承载层得厚度和承载能力。

　　(7)当次生承载层发生压曲和弯曲失稳后,钢带和钢筋托梁与倾斜锚杆形成组合支护系统,防止破坏岩层垮落和发生较大的转动。

　　(8)锚索的作用主要是将锚杆支护形成的次生承载层和围岩的关键承载层相连,阻止因次生承载层失稳而引起的顶部垮落,同时,由于锚索可施加较大的预紧力,可挤紧和严密岩中的层理、节理裂隙等不连续面,增加不连续面之间的摩擦力,从而提高为要的整体强度。锚索全长锚固时,加固效果更为明显。