淺論錨桿支護的作用機理和適用條件

1、淺論錨桿支護的作用機理和適用條件【摘 要】眾所周知，由于錨桿支護方式具有其獨特的優(yōu)越性， 礦井支護中經(jīng)常用到錨桿支護方式。本文簡要地介紹了錨桿支護的 優(yōu)越性、錨桿支護的作用機理，以及錨桿的類型、結(jié)構(gòu)和適用條件?！娟P(guān)鍵詞】錨桿；支護1引言錨噴支護跟棚子和石材支架支護等相比較，具有明顯的優(yōu)越性。 棚子和石材支架是在巷道圍巖的外部對巖石進行支撐，它只是被動 地承受圍巖產(chǎn)生的壓力和防止破碎的巖石冒落。而錨桿支護則是通 過錨入圍巖內(nèi)部的錨桿，改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在巷道周圍形 成一個整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達到維 護巷道穩(wěn)定的目的。它是一種積極防御的支護方法，是礦山支護技 術(shù)的重

2、大變革。實踐證明，錨桿不但支護效果好，且用料省，其用鋼量僅為u 形鋼支架的1/121/15。另外，施工簡單，有利于機械化操作，施 工速度快。但是錨桿不能封閉圍巖，以防止圍巖風化；不能防止各 錨桿之間裂隙巖石的剝落，因此，在圍巖不穩(wěn)定情況下，往往需配 合其他支護措施，如噴水泥砂漿、掛金屬網(wǎng)、噴射混凝土等通常稱 為錨噴支護或錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護。隨著高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的加快、采 準巷道大量應(yīng)用錨桿支護技術(shù)、施工速度大大提高。2錨桿支護的作用原理錨桿維護巷道的作用機理尚在探討中，目前主要有以下幾種理論。1）加固拱作用對于被縱橫交錯的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，如果及時 用錨桿加固，就能提高巖體結(jié)構(gòu)弱面的抗

3、剪強度，在圍巖周邊一定 厚度的范圍內(nèi)形成一個不僅能維持自身穩(wěn)定、而且能阻止其上部圍 巖松動和變形的加固拱，從而保持巷道的穩(wěn)定。通過光彈性試驗，證實了加固拱的形成。在彈性體上安裝具有 預(yù)張力的錨桿后，在彈性體內(nèi)便形成以錨頭和緊固端為頂點的錐形 體壓縮區(qū)。擠壓加固拱的形成關(guān)鍵在于對錨桿施加預(yù)張應(yīng)力。由于 錨桿預(yù)應(yīng)力的作用，一方面在錐體壓縮區(qū)內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而增大 了巖塊之間的內(nèi)聚力（粘結(jié)力），提高了巖體強度；另一方面使壓 縮帶內(nèi)的巖石處于三向受壓狀態(tài)，使巖體強度得到提高。2）懸吊作用懸吊作用是利用錨桿將軟弱巖層或危巖吊掛于上部堅固穩(wěn)定的 巖層上，由錨桿來承擔其重量。3）組合梁作用將平頂巷道的層狀頂

4、板看作是以巷道兩幫為支點的疊合梁，在 荷載作用下，每層板的上下緣分別處在受壓、受拉狀態(tài)。但用錨桿 將各層板緊固后，在荷載作用下，各層之間基本上不發(fā)生離層、錯 動，就如同一塊板的變曲，大大提高了板系的抗彎強度。在層狀頂 板中安設(shè)錨桿后，各巖層由迭合梁變?yōu)榻M合梁，從而提高了頂板巖 層的承載能力；錨桿本身也起著抗剪銷釘?shù)淖饔?，有效地阻止了巖 層的層間錯動。4）圍巖補強作用巷道圍巖深部的巖石處于三向受壓狀態(tài)?？拷锏乐苓叺膸r石 則處于二向受力狀態(tài)，故易于破壞而喪失穩(wěn)定性。巷道周圍安設(shè)錨 桿后，相當于巖石又恢復(fù)了三向受力狀態(tài)，從而增大了它的強度； 另外，錨桿還可以增加巖層弱面的剪斷阻力，使圍巖不易破壞和

5、失 穩(wěn)，這就是錨桿對圍巖的補強作用。5）減小跨度的作用巷道頂板打了錨桿，相當于在該處打了點柱，減小了頂板跨度， 從而增強了頂板巖石的穩(wěn)定性，使巖石不易變形和破壞。錨桿支護的上述作用，并非各自孤立存在，往往是同時并存、 互為補充，只不過在不同條件下，某種支護作用占主導(dǎo)地位罷了。 例如在拱形巷道中用錨桿加固圍巖，加固拱的作用是主要的；而在 支護平層狀的巷道中，組合梁作用就是為主了。3錨桿的類型、結(jié)構(gòu)和適用條件我國自1956年開始使用錨桿支護，有木制的、金屬的、水泥的、 樹脂的，其類型結(jié)構(gòu)繁多，本文主要介紹幾種常用的錨桿類型。1）金屬倒楔式錨桿此種錨桿由桿體、固定楔、活動倒楔、墊板和螺帽組成，桿體

6、用0 1422mm的圓鋼制作，一端車有螺紋；另一端與固頂楔澆注在 一起。固定楔、倒楔、墊板用鑄鐵制作。安裝時，將活動倒楔的小 頭朝向孔底并與固定楔綁在一起，一齊送入錨桿孔的底部，然后用 一專門錘擊桿插入孔內(nèi)，打擊倒楔尾部，最后套上墊板，擰緊螺帽。這種錨桿屬端頭錨固型，安裝后可立即承載，結(jié)構(gòu)簡單，易于 加工，并可回收。錨固力達40kn左右。常用于圍巖比較破碎，需 要立即承載的地下工程，八十年代我國礦山使用廣泛。2）鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿（1）鋼筋砂漿錨桿施工時，先向錨桿孔內(nèi)注滿標號為25號以上的水泥砂漿（砂漿 用325號或425號普通硅酸鹽水泥和粒徑小于3mm的中細石英砂， 按水泥：砂=1： 23

7、,水灰比為0.380.42制成），然后插入0 16 20mm螺紋鋼筋，利用砂漿與鋼筋、孔壁間的粘結(jié)力錨固巖層。（2）鋼筋或砂漿錨桿它是利用直徑1019mm的廢舊鋼絲繩代替鋼筋插入錨桿孔內(nèi)， 然后注入砂漿固結(jié)而成，為保證錨固效果，設(shè)計錨桿固力3050kn， 結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，成本低，廣泛用于有一定自穩(wěn)時間的巖石巷 道。由于不能立即承載，在圍巖破碎處不宜使用。3）樹脂錨桿它是由樹脂藥包和桿體組成。安裝時，藥包用錨桿體送入孔后， 轉(zhuǎn)動桿體將藥包搗破，隨之上墊板擰緊螺帽，使化學(xué)藥劑混合進行 化學(xué)反應(yīng)，將錨頭與孔壁巖石粘結(jié)在一起，使用115型樹脂錨固劑， 可在35min內(nèi)凝膠，15min后即可套上墊板

8、緊固螺帽。使用82型 錨固劑，可在1560s內(nèi)凝膠，5min后錨固力可達40kn以上。樹脂錨桿多為端頭錨固型，不宜用于軟巖，由于成本高，80年代后，有被快硬水泥錨桿、快硬膨脹水泥錨桿取代的趨勢。4）快硬水泥錨桿快硬水泥錨桿的桿體結(jié)構(gòu)與樹脂錨桿相同，它是用快硬水泥卷 代替了樹脂藥卷西安科技大學(xué)研制。水泥卷直徑37mm，長度為 270mm. 205mm時水泥裝量分別為421g、320g,使用前需浸水23min, 在錨桿孔內(nèi)經(jīng)桿頭攪拌，12min后錨固力開始增長，1h后錨固力高 達60kn左右。由于 成本低（約為樹脂錨桿的1/4），材料來源廣， 很有前途。適用于圍巖自穩(wěn)時間超過12min的各類永久性

9、地下工程。 配合先噴后錨，在軟巖中亦可應(yīng)用。5）快硬膨脹水泥錨桿它是用快硬膨脹水泥卷取代快硬水泥卷。錨桿前端焊有 14或 6mm鋼筋，桿前端焊有 3840mm的阻擋墊圈，另一端車有螺紋。 安裝時，把水泥卷的塑料袋、紗網(wǎng)內(nèi)的圓紙筒去掉，把水泥卷串入 桿體放在阻擋墊圈上，并在水泥卷上套加一墊圈，將水泥卷插入水 中浸泡35s后送入錨孔中用沖壓管輕輕壓實后，用力沖幾下，而 后套上墊板，緊固螺母。用一個水泥卷，25min后，錨固力可達 2040kn；用兩個水泥卷，錨固力可達6090kn?？煊才蛎浰噱^桿系中國礦業(yè)大學(xué)研制，實驗室及井下工業(yè)試 驗效果良好。由于錨固劑來源豐富、錨速快、錨固力大、成本低， 可大量推廣應(yīng)用。6）管縫式錨桿管縫式錨桿又稱開縫式或摩擦式錨桿，由美國詹姆斯?斯特科于 1972年發(fā)明。它是采用高強度鋼板卷壓成帶縱縫的管狀桿體，外徑 38.1mm，用鑿巖機強行壓入比桿徑小1.52.5mm的錨孔，為安裝 方便，打入端略呈錐形。由于管壁彈性恢復(fù)力擠壓孔壁而產(chǎn)生錨固 力，屬全長錨固型錨桿。由于錨固力大（60kn以上），結(jié)構(gòu)簡單，制 作容易，安裝方便，質(zhì)量可靠，錨固力大而迅速在全國推廣。4結(jié)束語正是由于錨桿支護方式具有其獨特的優(yōu)越性，礦井支護中經(jīng)常 用到錨桿支護方式。本文簡要地介紹了錨桿支護的優(yōu)越性，錨桿支 護的作用機理，以及金屬倒楔式錨桿、鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿