錨桿支護理論淺析_段瑞才

1、55 科技資訊SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION 工程技術(shù)錨桿支護機理目前提出的觀點很多,有懸吊作用、組合梁(拱作用、加固(提高C,值作用等。這幾種觀點都是以圍巖狀態(tài)和利用錨桿桿體受拉為前提來解釋錨桿支護的作用機理。因此,圍巖狀態(tài)及錨桿受拉這兩個前提的客觀性是判定上述這些理論正確的標(biāo)準(zhǔn)。1錨桿的作用1.1錨桿的懸吊作用在緩傾斜煤層中,錨桿將下部不穩(wěn)定的巖層(直接頂或塊狀結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定的巖塊懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上,阻上巖層或巖塊的垮落。錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量,并據(jù)此設(shè)計錨桿支護參數(shù)。這一理論提出的較早,滿足其前提條件時,有一定的實用價值。但是大量的工程實

2、踐證明,即使巷道上部沒有穩(wěn)固的巖層,錨桿亦能發(fā)揮支護作用。例如,在全煤巷道中,錨桿就錨固在煤層中也能達到支護的目的,說明這一理論有局限性。1.2錨桿的組合粱作用為了解決懸吊理論的局限性,在層狀地層中提出了組合梁理論。它認為在沒有穩(wěn)固巖層提供懸吊支點的薄層狀巖層中,可利用錨桿的拉力將層狀地層組合起來,形成組合梁結(jié)構(gòu)進行支護。組合梁作用的本質(zhì)在于通過錨桿的預(yù)拉應(yīng)力將原視為疊合梁(板的巖層擠緊,增大巖層間的摩擦力。同時,錨桿本身也提供一定的抗剪能力,阻止其層間錯動。錨桿把數(shù)層薄的巖層組合成類似鉚釘加固的組合梁,這時被錨固巖層便可看成組合梁,全部錨固層能共同變形,頂板巖層抗彎剛度大大提高。決定紐合粱穩(wěn)

3、定性的主要因素是錨桿的預(yù)拉應(yīng)力、桿體強度和巖層性質(zhì)。1.3錨桿的減跨作用如果把不穩(wěn)定的頂板巖層看成是支撐在兩幫的疊合梁(板,由于可視懸吊在老頂上的錨桿為支點,安設(shè)了錨桿就相當(dāng)于增加了支點,從而減小了頂板的跨度,使頂板巖層的彎曲應(yīng)力和撓度得到降低,維持了頂板穩(wěn)定。這就是錨桿的減跨作用,它實際上來源于錨桿的懸吊作用,但它同樣未能提供用于錨桿支護參數(shù)設(shè)計的方法。1.4彈塑性理論錨桿支護作用機理彈塑性理論在對圍巖狀態(tài)作了正確分析后,對錨桿支護的作用機理提出了兩個不同的觀點:(1利用錨桿提供足夠的支護抗力,加固圍巖提高其承載能力、減小其變形量,并且用實驗室相似模擬試驗證實通過錨桿錨固可使圍巖的抗壓強度峰

4、值提高50%1005%相對于無錨桿情況,同時,據(jù)此用莫爾理論抗剪強度包絡(luò)線解釋,可以使圍巖不產(chǎn)生破碎帶,或者說限制圍巖彈塑性變形的發(fā)展,從而使圍巖處于穩(wěn)定的彈塑性狀態(tài)。(2錨桿的抗拉力主要用來支撐平衡破碎帶內(nèi)巖石的重量。這兩種觀點存在著以下兩個實際問題有待闡明:對前一種觀點來講,由于現(xiàn)有支護(包括錨桿支護的不及時性和支護手段與圍巖的不密貼程度決定了支護抗力不可能有效阻止和限制圍巖破碎帶的產(chǎn)生和發(fā)展;對后一種觀點來講,錨桿支護的主要對象不是破碎帶內(nèi)巖石的重量,而是破碎帶發(fā)展、產(chǎn)生過程中的碎脹變形力。綜上所述,雖然錨桿支護經(jīng)過長時間大量的應(yīng)用,但錨桿支護理論的研究還很不充分,錨桿支護參數(shù)的確定仍然

5、采用工程類此法,上述一些觀點設(shè)計的錨桿支護參數(shù)只是作為參考。此外,近年來對錨桿的作用機理還提出了懸吊環(huán)理論、最大水平主應(yīng)力理論等,但這些理論目前尚在研究和發(fā)展過程中。2圍巖松動圈巷道錨桿支護理論圍巖松動圈巷道錨桿支護理論是基于煤礦生產(chǎn)中大量的地下工程都是在圍巖破壞和發(fā)展中支護的客觀實際狀況而提出的,該理論在對圍巖狀態(tài)進行深入研究后,發(fā)現(xiàn)松動圈的厚度值如是圍巖應(yīng)力戶與圍巖強度R 的復(fù)雜函數(shù),即L p =f(P,R,乙。是一個綜合性指標(biāo),它的大小反映了支護的難易程度,而且大量的相似模擬試驗及現(xiàn)場實測表明,它與煤礦巷道的跨度(一般35m 范圍及有無支護等關(guān)系不大,巷道支護的主要對象是圍巖松動圈產(chǎn)生、

6、發(fā)展過程中的碎脹變形力。當(dāng)采用錨桿支護時,錨桿受拉是由圍巖松動圈的發(fā)生和發(fā)展而引起的。2.1單體錨桿作用機理在錨桿與圍巖相互作用過程中,錨桿通過墊板與錨頭對圍巖提供支護抗力,阻止破裂巖石產(chǎn)生有害變形(影響圍巖穩(wěn)定和工程使用的變形,使圍巖保持穩(wěn)定并將其變形限定在允許的范圍內(nèi)。實際上,錨桿應(yīng)力來源于圍巖松動圈的產(chǎn)生和發(fā)展過程。假如開巷后圍巖只產(chǎn)生彈塑性變形,沒有發(fā)生破壞,則圍巖松動圈厚度將為零,碎脹變形亦為零。由于彈塑性變形發(fā)生在錨桿安裝之前,錨桿的最大應(yīng)力將只是安裝應(yīng)力,考慮到這一應(yīng)力往往較小,可認為錨桿在這種圍巖狀態(tài)下不起作用。所以,在此種圍巖狀態(tài)下,不必要采用錨桿支護。錨桿的工作應(yīng)力將取決于

7、圍巖松動圈的穩(wěn)定位置。結(jié)合圍巖與錨桿支護的客觀實際情況,考慮到錨桿與圍巖的相對不密貼性及錨桿桿體在應(yīng)力增加時的彈塑性變形,錨桿將在達到工作拉力前,即3040k N ,產(chǎn)生2050mm 的伸長(包括錨桿與圍巖的不密貼及錨頭的受力滑移等,它將使圍巖松動圈的碎脹力得到部分釋放,這就是單體錨桿的受力狀態(tài)。由此可見,松動圈厚度大小與錨桿受力及錨桿的作用機理有直接關(guān)系,松動圈厚度值類別(小、中和大3類松動圈不同,錨桿支護作用機理不同。2.2松動圈狀態(tài)錨桿支護探討當(dāng)上。L p =040em 時為小松動圈,圍巖碎脹變形和松動圈圍巖自重均較小,不需用錨桿支護,為防止圍巖風(fēng)化和局部危石掉落,只需單一噴射混凝土支護

8、即可。當(dāng)Ln =40150em 時為中松動圈,其碎脹變形比較明顯,必須進行錨網(wǎng)或錨噴支護,支護的主體是錨桿,錨桿支護參數(shù)采用懸吊理論設(shè)計。在這里需要說明幾個問題:(1松動圈理論所指的懸吊理論己賦予新的含義,即錨桿懸吊點為松動圈外的巖(煤體,并不需要懸吊在堅硬的頂板巖層,懸吊對象是松動圈形成過程中的碎脹變形力,但在目前碎脹力研究不充分的情況下,可簡化為重力計算。(2對中松動圈圍巖狀態(tài),從理論上講可采用組合拱理論設(shè)計錨桿支護參數(shù),但由于松動圈厚度值較小,用組合拱設(shè)計的錨桿長度較短,在實際地下工程支護中存在著兩方面的不安全因素:巷道壁表面施工質(zhì)量問題。由于圍巖客觀情況的變化及施工管理上的難度,目前尚

9、很難嚴格達到光面爆破標(biāo)準(zhǔn),不可避免的存在著超(欠挖問題;錨桿施工質(zhì)量問題。由于圍巖松動圈厚度值較小,采用組合拱理論設(shè)計時,其錨桿的長度一般均小于常用錨桿的長度,即1.11.5m,一旦某根錨桿因角度、間排距或者錨固力等問題施工質(zhì)量不合格,則由于錨桿較短形成的組合拱太薄而導(dǎo)致組合拱失效。因此,在中松動圈圍巖狀態(tài)下,為達到安全、經(jīng)濟的目的,應(yīng)該采用懸吊理論設(shè)計錨桿支護參數(shù)。(3對中松動圈一般穩(wěn)定圍巖,采用其它類型普通支護形式,如砌碹或棚式支架(可縮或不可縮等,可行但不經(jīng)濟。對于中松動圈,只要支護阻力大于松動圈圍巖破裂過程中產(chǎn)生的碎脹變形力,均可成功。但最為經(jīng)濟合理的支護形式為錨噴支護,因為錨桿支護特

10、點是深入圍巖內(nèi)部,通過其安裝方向與巖體重力方向或者位移方向一致而受拉力,以桿體的抗拉剛度與強度抑制巖體的位移,而且在同樣的支護效果下,錨桿的用鋼量只有U 型鋼支架的1/121/150。錨桿支護理論淺析段瑞才(七煤集團桃山礦154600摘要:通過對錨桿技術(shù)的研究及現(xiàn)場應(yīng)用表明,對不同的地質(zhì)條件采取不同的錨桿支護方式對支護效果和施工進度有很大的影響,如大傾角煤層、窄煤柱護巷、復(fù)合頂板、“三軟”煤層等困難條件下的煤巷錨桿支護,文中就此提出了錨桿控頂技術(shù)的研究及應(yīng)用。關(guān)鍵詞:錨桿支護圍巖松動圈動壓煤巷頂板回采巷道穩(wěn)定性中圖分類號:T D 82文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(200706(

11、b-0055-0256 科技資訊SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION工程技術(shù)當(dāng)L>150cm 時為大松動圈,屬軟巖支護范疇。圍巖變形量大,變形時間長,礦壓顯現(xiàn)劇烈,支護困難。如果采用懸吊理論設(shè)計錨桿,則將會因其過長而失去普遍應(yīng)用的價值。因此,重點研究了錨桿的組合拱理論。組合拱理論的實質(zhì)是利用錨桿的錨固力對破裂圍巖進行錨固,提高其殘余強度,從而在破裂圍巖中形成一個具有相當(dāng)強度和可縮性的“組合拱”結(jié)構(gòu)體。相似模型試驗證實了組合拱的存在及其強度和可縮性。2.3圍巖松動圈理論的實踐及其效果70年代末期,中國礦業(yè)大學(xué)松動圈巷道支護研究所從研究開巷后圍巖狀態(tài)著手,經(jīng)過大

12、量的現(xiàn)場和實驗室研究,提出了圍巖松動圈巷1現(xiàn)狀我國能源的構(gòu)成狀況決定了長期以來一直把煤碳作為主要能源,煤碳在一次能源中的比例約占了40%以上。長期以煤炭作為主要能源對我國的大氣環(huán)境造成了嚴重的破壞。資料顯示,90%的S O 2、70%的T S P 、60%的N O x 、85%的C O 2均來自于煤炭燃燒。面對改善環(huán)境的壓力,我國正在規(guī)劃改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu),鑒于此,選用推廣最優(yōu)化的采暖方式、對系統(tǒng)運行進行有效地管理、執(zhí)行合理的相關(guān)政策等來降低采暖能耗,對建筑節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)至為關(guān)鍵。2多種采暖方式的出現(xiàn)隨著城市能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)調(diào)整,采暖制度改變、建筑節(jié)能等因素的要求,現(xiàn)在出現(xiàn)多種多樣的采暖方式。

13、為人們進行最優(yōu)化、最適宜的采暖方式的選擇提供了可能。如何準(zhǔn)確全面地評價各種采暖方式的優(yōu)劣,或者說如何針對一個具體的現(xiàn)實情況選取最適合的采暖方式,就成為個很重要,也急需早日解決的問題。具體來講,該項課題的研究主要有以下幾點意義。全面的評估各種采暖方式的優(yōu)缺點,避免片面的看待某種采暖方式,造成人財物的浪費。優(yōu)化整個城市的采暖系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu),可用于指導(dǎo)新建筑采暖方式的選擇與老城區(qū)系統(tǒng)的改造;如果對每種采暖方式有了清楚準(zhǔn)確的認識,就可以以其為基礎(chǔ)在一個更高的層面上綜合考慮整個城市的采暖能源系統(tǒng)的配置,從而為整個城市在新建建筑與老城區(qū)改造時采暖方式的選擇提供科學(xué)的指導(dǎo)意見。3采暖方式評價與選擇的研究(1內(nèi)

14、容。1城市集中熱力網(wǎng)供熱;2區(qū)域集中供熱(含樓棟或單元式集中供熱;3分戶供熱;4商業(yè)或公共建筑供熱。(2思路。采暖方式評價與選擇的研究是一個涉及面極廣、需要大量實際調(diào)研與測試數(shù)據(jù)的軟課題,在研究時需要全面的考慮每種采暖方式的特點,進行具體的分析與計算,設(shè)計合理有效的評價指標(biāo)體系,結(jié)合各種可能的實際情況,決策主體的目標(biāo)偏好,才能最終得出滿意的結(jié)果,用于指導(dǎo)工程建設(shè)的實施。4現(xiàn)在研究的動態(tài)現(xiàn)有的關(guān)于采暖方式評價與選擇的相關(guān)文獻較多,主要有兩類,一類是停留在定性分析的階段,只是指出各種采暖方式優(yōu)缺點,用文字予以定性的描述;另一類文獻則是預(yù)先假定一個采暖規(guī)模,然后列出各種參與比較的方案,計算其經(jīng)濟效益

15、,節(jié)能效益,環(huán)境效益等指標(biāo),并以此指標(biāo)來作為評價的基礎(chǔ)?？梢哉f建立在這種評價方法上的結(jié)論,具有不切實際的片面性,從而指導(dǎo)現(xiàn)實工程項口實施的有效性就大打折扣了。這些文獻共同的缺點還在于:(1進行經(jīng)濟分析時,以現(xiàn)有的不合理的價格為依據(jù),具有片面性;(2比較中一般均缺乏動態(tài)研究的特點;(3一些數(shù)據(jù)往往是經(jīng)驗值,其來源不明確,同一數(shù)值不同的文獻又往往差別很大。5研究中存在的一些問題與難點(1現(xiàn)實的能源價格偏離能源的真實價值。在進行采暖力式的比較與選擇時,往往要涉及經(jīng)濟效益的計算與比較,而我國的能源行業(yè)由于其重要地位,仍受到過去計劃經(jīng)濟體制的較深的影響,國家的經(jīng)濟管制較多,這就造成現(xiàn)行的能源價格長期背離

16、能源的實際生產(chǎn),輸配的真實價值,不能準(zhǔn)確的反映市場供求關(guān)系的變化,具有明顯不合理的成分。這樣在進行采暖方式的比較時、得出的結(jié)果由于受到這種不合理或者說是不真實的采暖方式評價與選擇的研究程斌付天君(七臺河市二建公司安裝分公司154600摘要:本文研究了采暖方式評價和選擇。關(guān)鍵詞:采暖方式評價中圖分類號:T U 83文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3791(200706(b-0056-01道支護理論,即(1巷道支護的主要對象是圍巖破裂過程中的碎脹變形力;(2圍巖松動圈巷道支護分類方法;(3錨噴支護機理及參數(shù)工藝設(shè)計方法。目前,該理論己達到用理論方法確定煤礦巷道、硐室支護參數(shù)階段,經(jīng)過煤炭系統(tǒng)10

17、多個礦區(qū),如雞西礦務(wù)局東海礦皮帶機頭大斷面硐室工程:淮南礦務(wù)局潘三煤礦、淮北礦務(wù)局張莊礦、石臺礦的大松動圈軟巖工程:開灤礦務(wù)局趙各莊礦千米深埋巷道工程及跨采巷道;平頂山礦務(wù)局八礦軟巖工程、十二礦復(fù)合頂板煤巷工程:潞安礦務(wù)局王莊、章村煤礦、兗州礦務(wù)局南屯煤礦的綜放順槽全煤巷道;遼源礦務(wù)局梅河礦“三軟”煤巷工程;邯鄲礦務(wù)局云駕嶺煤礦、義馬礦務(wù)局常村煤礦軟巖返修巷道工程;山東七五煤礦沿空掘巷等5萬余米的典型工業(yè)性試驗巷道的推廣應(yīng)用表明:用該理論設(shè)計的巷道、硐室支護有理有據(jù),既解決了工程難題,又降低了工程造價,加快了施工速度,與用工程類比法所作支護設(shè)計相比,在穩(wěn)定圍巖中,可節(jié)省工程成本10%20%;在不穩(wěn)定圍巖(軟巖中,可降低支護成本25%30%以上,施工速度提高30%60%,取得了巨大的經(jīng)濟效益。價格的影響,必然不能客觀的對各種采暖方式進行公正的評價,從而也難以推動合理的采暖方式的發(fā)展推廣。(2熱電聯(lián)產(chǎn)中對熱與電能源分配問題的認識。熱電聯(lián)產(chǎn)是集中供熱中一種主要的形式,但是由于其產(chǎn)出端的能源既包括商品位能源一