軟巖巷道錨噴網(wǎng)支護單體錨桿的支護機理

1.單體錨桿的作用機理

一般認為普通錨桿沒有預(yù)應(yīng)力，比較好的狀態(tài)下安裝的初張力只有20kN左右；實測表明，由于爆破震動和錨桿桿體的變形等原因，錨桿的安裝初張力在1-2d內(nèi)會明顯降低，直至下降到零。

普通錨桿只有當圍巖變形之后才能產(chǎn)生支護力，圍巖長期處在彈性狀態(tài)下，則錨頭與墊板間圍巖變形量只有百分之幾個毫米，尚未產(chǎn)生能使錨桿實際上受力的變形，圍巖的變形已經(jīng)完成，錨桿應(yīng)力將始終為零或者很低；只有在松動圈產(chǎn)生，錨頭與錨尾之間發(fā)生一定量的相對膨脹變形之后，錨桿的工作阻力才能達到30kN以上，使錨桿處于工作狀態(tài)。圍巖的這一膨脹過程，正是錨桿應(yīng)力增加，進入實際工作狀態(tài)的過程。如果巖層是松動圈的類圍巖，錨頭與錨尾之間的相對伸長量小，所安設(shè)的錨桿事實上將不會產(chǎn)生支護作用。

2.錨桿對松動圍巖的錨固作用

光彈實驗證明，單根錨桿可在彈性體內(nèi)形成以錨桿兩端為頂點的壓縮區(qū)。在錨桿錨固力的作用下，松散地層中也會產(chǎn)生一個錐形壓密區(qū)，壓縮區(qū)內(nèi)巖層的密實度和強度都有所提高。

3.松軟巖層中錨桿的工作過程

在軟巖巷道中，伴隨著開巷后圍巖松動圈的發(fā)展，錨桿錨入巖體后受到圍巖碎脹變形力的作用而承受拉力。一般松軟巖層往往在開巷后1-3個月時間才能形成穩(wěn)定的松動圈，錨桿安裝完成后，將經(jīng)歷剩余松動圈發(fā)展的全過程 。

1.錨固層與組合拱概念

在軟巖巷道中，伴隨著開巷后圍巖松動圈的發(fā)展，錨桿錨入巖體后因受到圍巖碎脹變形力的作用而受到拉伸，反過來，錨桿對圍巖產(chǎn)生壓應(yīng)力。松動巖體中，在單根錨桿約束下可以形成一個錐形的壓密區(qū)，群體錨桿若以適當?shù)拈g距布置，錨桿群在圍巖中形成的雙錐體壓縮區(qū)相互交叉重迭，則能夠形成一個連續(xù)的、相互重合的層狀錨固體，通常稱之為“錨固層”。當巷道形狀為直線時，該“錨固層”是墻；拱形斷面則呈拱形，稱之為破裂巖體“組合拱”。錨固層的厚度，與錨桿長度和間排距有關(guān)，其間有下列公式的對應(yīng)關(guān)系。

2.錨固體的力學性能實驗

松動圈內(nèi)的巖塊既不是連續(xù)狀態(tài)，又不是松散狀態(tài)，巖體雖然已出現(xiàn)裂縫，但是破裂巖塊之間仍處于相互銜接、相互嚙合的狀態(tài)。為較好的模擬松動破裂圍巖的這種狀態(tài)特征，采取先將試塊壓壞，產(chǎn)生類似于松動圈圍巖的破裂縫，爾后繼續(xù)加載，研究錨固體力學性能的實驗方法，從而較好的模擬既開裂又嚙合的松動圍巖狀態(tài)。

3.錨桿的組合拱支護原理

（1）組合拱結(jié)構(gòu)承載能力估算。

在松軟圍巖中，若按照懸吊理論確定支護參數(shù)，所定錨桿將因過長而失去普遍應(yīng)用價值?；趯﹀^固體力學性能的認識，在大松動圈內(nèi)可以用小于松動圈厚度的錨桿，將破裂圍巖錨固起來，提高其殘余強度，形成具有一定承載能力和可塑性的組合拱結(jié)構(gòu)體，用來承受地壓、維護圍巖。

組合拱的承載能力與組合拱厚度、圍巖強度、錨桿應(yīng)力等因素有關(guān)，錨桿錨固力越大，破裂圍巖殘余強度的提高幅度就越大。組合拱所能承受的荷載，可根據(jù)斷面形狀分別按相應(yīng)的結(jié)構(gòu)力學原理“直墻拱形結(jié)構(gòu)”或“厚壁筒”計算。

（2）錨桿支護可縮性分析。

錨桿支護可縮性表現(xiàn)在三個方面：實測證實，普通1.6m錨桿，在巖性比較軟弱的條件下，不僅錨桿尾端隨巷道表面圍巖位移而位移，而且其錨固的錨頭端，也隨著深部巖體的位移而位移，一般如果表面位移量為100mm，圍巖深處錨頭的位移量常達70-85mm，錨桿桿體伸長量只有15-30mm，巷道收斂并未全部作用于錨桿之上；破碎巖石錨固體本身具有可塑性已為試驗所證實；使用高延伸率材質(zhì)的可塑性錨桿或者是結(jié)構(gòu)可拉伸的可縮性錨桿。

軟巖巷道錨網(wǎng)噴支護工業(yè)試驗證明，當巷道均勻收斂400mm時，仍處于良好的維護狀態(tài)，錨桿支護具有良好的可縮性 。

軟巖錨桿支護，錨桿形成的錨固層組合拱是支護的主要承載結(jié)構(gòu)，噴層和金屬網(wǎng)的作用是維護該組合拱的存在，防止它因巖塊冒落而失效。

錨桿對松動圍巖的控制范圍是有限的，因此在相鄰的4根錨桿之間，存在一個四角錐形體的非錨固松弛帶，其間任意一塊破裂巖塊的掉落，都將危及錨桿控制范圍內(nèi)的錨固巖塊；一旦錨桿錨固體內(nèi)的破碎巖塊也掉落，錨桿將會因松弛而失去錨固力，原來均勻封閉的組合拱就會變薄或失效，造成錨桿支護失敗。

對于錨桿間的松弛區(qū)內(nèi)的巖石，必須用噴層和金屬網(wǎng)予以支護。軟巖巷道圍巖變形量大，脆性的噴層很快會開裂破壞，金屬網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)的敷設(shè)，不僅可以支護錨桿間的碎石，提高噴層的抗變形能力，而且又將單個錨桿連接成為一個整體的錨桿群，增強了錨桿支護的總體穩(wěn)定性，同時也可以使錨桿間的松弛圍巖部分地進入支護狀態(tài)。

軟巖巷道噴層支護的首要作用是及時封閉圍巖，防止圍巖風化潮解；同時作為臨時支護，在其保護下進行錨桿安裝的施工作業(yè)。對錨桿間松弛圍巖的支護，主要依靠金屬網(wǎng)，因為在大變形擠壓作用下，噴層的支護能力較弱 。

這兩種類型的軟巖有別于單純碎脹型軟巖，這里特別強調(diào)對地層水、工程水、空氣中水分的處理。作好治理與轉(zhuǎn)化工作。

支護的首要任務(wù)是防水、治水，將潮濕空氣與圍巖隔離開來，防止圍巖風化、潮解，減少巖體強度的降低。對于這類軟巖，如若制水得當，膨脹性軟巖可以轉(zhuǎn)化為較易支護的碎脹型軟巖；經(jīng)轉(zhuǎn)化后的膨脹性軟巖，如果松動圈不大，支護的阻力并不是一定要很大。

復(fù)合型軟巖，既有圍巖的吸水膨脹性變形，又產(chǎn)生了較大的松動圈，剪脹變形和巖石的吸水膨脹性變形都比較大，須采用防水和支護阻力較強的可塑性支護措施；復(fù)合型軟巖巷道施工之后一定要加強維護，因為在剪脹變形力作用下，一般用來防水的噴層很快就會開裂破壞，必須及時補噴，這與碎脹型軟巖的要求略有不同 。2100433B

這種類型的軟巖有別于單純碎脹型軟巖，這里特別強調(diào)對地層水、工程水、空氣中水分的處理。作好治理與轉(zhuǎn)化工作。

支護的首要任務(wù)是防水、治水，將潮濕空氣與圍巖隔離開來，防止圍巖風化、潮解，減少巖體強度的降低。對于這類軟巖，如若制水得當，膨脹性軟巖可以轉(zhuǎn)化為較易支護的碎脹型軟巖；經(jīng)轉(zhuǎn)化后的膨脹性軟巖，如果松動圈不大，支護的阻力并不是一定要很大。

復(fù)合型軟巖，既有圍巖的吸水膨脹性變形，又產(chǎn)生了較大的松動圈，剪脹變形和巖石的吸水膨脹性變形都比較大，須采用防水和支護阻力較強的可塑性支護措施；復(fù)合型軟巖巷道施工之后一定要加強維護，因為在剪脹變形力作用下，一般用來防水的噴層很快就會開裂破壞，必須及時補噴，這與碎脹型軟巖的要求略有不同。

總之，在支護設(shè)計和施工之前，必須首先準確判定巷道的主要支護對象和把握圍巖支護難度，以便對癥下藥，采取相應(yīng)的技術(shù)措施 。

內(nèi)容提要

本書詳細分析軟巖的物理力學性質(zhì)；軟巖巷道底臌的各種研究方法；

全面論述引起軟巖巷道底臌的諸因素及其關(guān)系，提出估算底臌量的數(shù)學表

達式；列舉防治軟巖巷道底臌的各種措施，闡述它們控制底臌的機理、合

理參數(shù)及適用范圍。

本書可供從事地下工程的科技工作者，工程技術(shù)人員及礦業(yè)院校師生

參考。

《中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南》是在10多年來軟巖工程力學理論與工程實踐研究的基礎(chǔ)上，匯集了煤炭、冶金系統(tǒng)軟巖巷道工程支護研究理論和實踐經(jīng)驗的最新成就編撰而成的?！吨袊旱V軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南》從現(xiàn)場軟巖巷道工程設(shè)計施工的實用性出發(fā)，明確闡述了軟巖的概念及分類，系統(tǒng)介紹了軟巖礦井巷道工程支護理論及設(shè)計方法，集中體現(xiàn)了中國礦業(yè)軟巖巷道工程施工的新技術(shù)、新方法、新工藝。《中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南》理論依據(jù)系統(tǒng)、設(shè)計方法可靠、施工技術(shù)全面、監(jiān)測手段完備?！　吨袊旱V軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南》可作為從事軟巖巷道工程設(shè)計與施工的現(xiàn)場工程技術(shù)人員和工程管理人員的培訓教材，特別是《中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南》中的智能設(shè)計系統(tǒng)，既有分析設(shè)計的功能，又有自動編寫報告的功能，把基層工程技術(shù)人員從繁瑣的勞動中解放出來，大大提高工作效率。2100433B