锚索加固技术及应用综述

樊坤

【摘 要】锚索加固技术是采用锚杆支护巷道顶板破碎带和大跨度断面进行补打锚索加固。针对交岔点断面大，厚复合顶板，顶板受较大的水平应力，在交岔点岩柱上垂直应力最大，对交岔点顶板需补打锚索来加强支护，这样能充分发挥锚岩支护体的整体承载能力，该技术在我国煤矿巷道掘进中是比较常见的支护技术。在承载能力方面、在大跨度断面的支护上和对冒顶区域的支护上相对常规支护来说，锚索支护具有很大优越性。

【关键词】 锚索加固技术；锚杆支护；顶板破碎；大跨度断面；交岔点；承载能力

[中图分类号] TD353[文献标识码] B[文章编号] T2011-12(03)-1005

在巷道顶板破碎带、围岩松散或受采动影响大的巷道、大峒室、大跨度断面、交叉点及构造带等用普通锚杆支护需要加大支护长度和提高支护效果的地方，采取锚索加固技术是非常行之有效的方法。

1 锚索支护应用

1.1支护材料

锚索采用直径?准21.6的钢绞线配合托盘、锁头制作。锚索长度6.2m，外露长度L≤200，每根锚索均使用四卷树脂锚固剂锚固，锚固长度D≮1400。锚索托盘用长500的U型钢制作，并在上面钻一个直径为?准22的圆孔。

1.2锚索安装工艺

1.2.1安装方法

1）当巷道断面规格符合设计要求后，用锚杆钻机配合中空六方接长式钻杆和直径?准27双翼钻头湿式打眼，眼深6m，并用压风将眼内残渣吹净。

2）两人配合用锚索顶住树脂锚固剂，把锚固剂缓缓送入眼底，注意不要用力过猛或反复抽拉锚索，以防捅破树脂锚固剂而影响锚固质量。锚索下端装上专用搅拌器，再将搅拌器尾部六方头插入锚杆钻机上。一人扶住机头，一人操作锚杆钻机，边推进边搅拌。前半程用慢速搅拌，后半程用快速搅拌，搅拌时间控制在25～40s，确保搅拌均匀。

3）停止搅拌后，必须继续保持锚杆钻机的推力约3min，然后撤去锚杆钻机，等待10min后，先卸下搅拌器，装上托盘、锚具并将其托到紧贴顶板的位置，用张拉千斤顶套在锚索上并用手托住，然后开泵进行张拉，并注意观察压力表读数，达到设计预紧力（F≥40MPa）或千斤顶行程结束时，迅速换向回程。

4）卸下张拉千斤顶（注意用手接住拿稳，避免坠落），完成锚索安装。张拉千斤顶正下方严禁站人。

1.2.2技术要求

1）锚索应在迎头施工时与锚杆同时安装。锚索要随打随安装，但可把当班安装的锚索集中一次张拉。

2）锚索眼深误差控制在0～200，锚索外露长度L≤200。

3）锚索搅拌树脂锚固剂过程中不能停顿，要一气呵成，不能反复搅拌，以免破坏已开始聚合反应的树脂分子链，导致锚固失败。

4）锚索安装48h后，如发现预紧力下降，必须及时补拉。锚索锚固力不低于200kN。

2 锚索支护的作用

2.1悬吊作用

根据围岩运动变形破坏理论及施工中的实际观察，下部围岩扩容、离层、滑移、破裂、垮落过程进展速度较快，上部围岩进展速度较慢，而且越往上其速度越慢，滞后时间越长。锚索的长度大于锚杆长度，这一因素决定了锚索锚固端处于运动、变形、破坏速度较缓慢的相对稳定的层位内，所以锚索对下部运动、变形、破坏速度较快的煤岩层起到相对悬吊作用，并对最下面已断裂、离层脱落或垮落的煤岩块起到绝对悬吊作用。

在锚杆锚索联合支护巷道内，局部地点的顶部出现的顶锚杆失效、煤矸松散出现大的网兜，使锚索独立支撑以及锚索附件受压变形等现象，均属于锚索绝对或相对悬吊作用结果的外在表现。

2.2挤压加固作用

首先，由于锚索预紧力即径向约束力的作用，使各煤岩层间的层理、节理、裂隙等间隙减小，大大增加了煤岩层的强度和各层之间的摩擦力，并能有效抑制所穿越煤岩层的进一步扩容，降低煤岩层离层、滑移、破裂过程的进展速度；其次，巷道上覆煤岩体在运动、变形、破坏过程中，不同岩性岩层交界处的锚索索体与两个连续煤岩层相互作用，在一定程度上抑制了煤岩层间的相对位移，对其所穿越的煤岩层起到了一定的挤压加固作用。

2.3组合梁作用

巷道顶部加打锚索，能有效阻止锚索所在各煤岩层的扩容、离层、滑移、破裂；增加煤岩层的挤压力和摩擦力；明显提高煤岩层的强度指示中的c值、f值；使锚索穿越范围内煤岩层联结为一个厚度较大的组合梁。由于该组合梁厚度较大，故其具有较强的抗弯曲能力和抗剪切能力。

2.4组合拱作用

锚索和锚杆的结构、锚固方式、安装操作、预紧效果等完全一致，故巷道顶部加打锚索后，在锚索预紧力作用下，同锚杆一样在两端头之间形成对称圆锥体形压应力分布区；锚索在巷道内均匀布置，使各圆锥体形压应力分布区相互重叠交错，而在巷道顶部形成承压拱。

3 锚索支护分析

锚杆与其锚固范围内的顶板岩层构成锚岩支护体，锚岩支护体的支点为巷道两帮的岩体。围岩产生的位移到一定程度时，锚岩支护体可能会产生破坏或沿裂隙错动。锚岩支护体不是连续的梁结构，而是通过锚杆的作用形成的加固拱结构，锚固拱在其中部最为薄弱，该处煤岩体最易失稳导致锚固拱或锚岩支护体的失稳。为了避免锚固平衡拱中的直接顶与上覆岩层离层，充分发挥锚固拱的承载能力和抗变形能力，对顶板采用补打锚索加强支护是至关重要的。

由于交岔点顶板岩层强度较低而且松软时，锚杆难以维持大断面交岔点顶板岩层的整体性和充分发挥出锚固平衡拱的作用，为防止顶板上位岩层的大面积冒落，需要在巷道中按一定方式布置锚索，穿过潜在冒落区伸入到顶板深部稳定的岩层中。锚索在预应力作用下，支护应力将以45°角压力分布线传递，将其锚固范围内的岩层压缩，使得松散岩层的弱面在其弹性压缩下形成承载层。巷道锚杆支护已将顶板下位岩层锚固形成一个锚固承载层，在此基础上安装锚索，相应的增大了锚固的承载厚度，而且起到了将下位锚固承载层固定到深部稳定岩层中的悬吊作用，从而有效控制围岩变形，提高了巷道的围岩强度和整体性。另外，为了使锚索的变形量与顶板下沉量相匹配，防止锚索发生突然破断，在锚索托板之上加一块木垫板，以增加锚索系统的延伸率。

4 结束语

锚杆是及时、主动、柔性支护，对于刷扩后顶板及时进行组合拱加固支护，控制顶板起到了关键作用，交岔点顶板煤层与软岩层面间的胶结力较差且顶板软岩本身松动膨胀会对高位岩层形成较大垂直荷载，导致顶板潜在冒落的范围较大，而锚杆形成围岩加固圈较小，单一的锚杆对复杂条件顶板支护很难奏效。锚索是把锚杆支护形成的加固拱锚固到顶板深部细砂岩中，对锚杆加固拱进行补强；同时扩大加固区范围，解决单纯锚杆的不足，优势互补，提高了支护效果，使顶板的破坏和变形得到有效控制，保持了围岩的稳定。

实践证明，补打锚索对巷道顶板破碎带、围岩松散或受采动影响大的巷道、大峒室、大跨度断面、交叉点及构造带的支护进行加固是个行之有效的方法。

参考文献

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