有色金属锚杆支护的关键理论教学研究

吴立莉

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

1 锚杆支护及基本原理

（1）什么是锚杆支护。先说支护，指的是为了地下巷道掘开挖后稳定还有施工安全，而采取的支持、加强或改善围岩应力状态而打设的构建或采取的措施总称[1]。顾名思义，一方面是支，指的是顶住顶板，防止顶板出现大量的下沉，使顶板下沉控制在可控和安全的状态；一方面是护，就是保持顶板的完整性，支和护是一个有机整体，它们共同形成了支护系统。

而锚杆支护是支护的一种，它是一种高效、经济、又安全的主动支护方式，由锚杆杆体、锚固剂、板托、锚钢带和锚网梁等组成[2]。用杆柱打入地表岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板与稳定岩体组合形成悬吊效果、组合梁效果，最后达到支护的目的，锚杆支护原理就是弄清楚锚杆、锚索与围岩之间的相互作用关系，指导锚杆支护设计。

（2）锚杆支护之基本原理。锚杆一般有三个方向，杆体的长度会远大于其他两个尺寸，这种构建在力学上主要提供两个方面的作用：抗拉和抗剪。岩体一般在安装设备时由很好的力学性能，但是除去装备时，由于出现了拉力的原因，岩体结构面的力学特征会产生变化，导致岩体质量迅速劣化，产生松动以及块体失稳两个岩体破坏效应。

针对上述岩体力学稳定性的变化锚杆支护就有很好的适应性，一般设备卸载后，岩体会变得强度低、抗变能力差等特点，给实际挖矿作业的工人带来很大的危险。围岩变形使负重作用于托板，通过托板将负重传给锚杆杆体，锚杆将围岩的应力状态由单向变为三向受压，大大的提高了围岩自身的承载能力，由原来的被动支护变为主动支护，从而充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。

由于锚杆支护的抗拉作用，增强了破碎岩石和岩层间的摩擦力，阻止了岩层之间的滑动，使各类岩层之间形成组合梁作用，对于跨度较小的巷道断面，大量锚杆又能很好的改善锚固体承载力，阻止围岩的进一步变形或者破坏[3]。

概括来说锚杆支护承担围岩的预应力，提高了岩体整体的稳定性和抗变能力。

2 锚杆支护的应用及存在的问题

（1）运用：锚杆支护，通过长期应用得到的成功经验，使其在实践中成为了一种无可代替的岩土工程安全加固措施。被推广于矿山开采众多的作业场所。例如采场的顶板和围岩，各类开挖工程结构表面岩体等。都会用到锚杆支护。

尽管锚杆支护有众多优势，但仍旧会存在一些缺陷，例如为了解决围岩表面泼水岩体支护问题，锚杆加金属网的组合方式，为了更好的提高顶板的牢固性，常采用螺纹钢，来强化对顶板的加固工作，从底板处实施锚杆支护作业，使用较长的锚杆进行支护，金属网也采用菱形网，联接方式为网扣一扣压一扣的辫式链法，这种处理方式不仅牢固还很美观，可谓科学与美学的完美结合，一定程度解决了之前的难题。同时为了解决岩体胶味松软地带和地质结构易变化地带的复杂的支护状况，采取了减少锚杆之间的排距和间距，来确保井下工作的安全性。而一般锚杆的排距和间距是500mm＊500mm。诸如此类结合矿井实际情况进行的锚杆支护改进案例还有很多，此处不做多赘述。

（2）存在的问题：①配套技术有待完善。虽然前面已经介绍了锚杆技术的优化，但仍旧有其存在的问题未被良好解决。目前锚固顶施工技术中，钻眼是一道必须工序。在实施这道工序时，会产生大量的岩屑，需要大量的水和气流将这些孔内的岩屑冲走，而被冲走的岩屑会有部分残留在巷道的底板上，或者混合着气流行为霾弥漫在空气中，这一处理的后果其一巷道的施工难度被增加，其二给施工的人员带来霾健康危害，所以完善相关配套技术是亟须解决的问题之一。②掘进作业效率与锚固作业效率不匹配。这里提到第二个问题是，当需要在巷道进行锚固作业时，掘进作业需要完全停止才可以支持其正常进行。尽管在实操中，锚固和掘进有部分重叠的时间，但总体计算下来，锚固的时间是远远大于掘进时间的。例如连采机巷道能够让冶金和锚固同步进行，但“双巷”作业，对连采机、锚杆钻车、梭车等配套之间的频繁换巷作业又有了更高的要求，这会增加时耗，也同时缩短巷道底板的寿命，需要增大对巷道底板的维护成本。所以无论如何，现状是掘进作业效率与巷道锚固作业效率匹配程度还有很大的提升空间。③装备机械化程度不高。目前我国煤矿的掘进巷道多采用悬臂式掘进进行掘进作业，锚杆支护装备的机械化程度还远远不够，现状的锚固作业是让多名矿工在空顶下用人工手持钻机、扳手还有杠杆等工作来互相协作完成。这种非机械化的作业方式，无疑是增加了人员的安全隐患。所以锚固装备机械化程度是后面需要努力改进的一个方面。如果可顺利改进，对于锚固工作也有很大的意义。

3 锚杆支护的优势

（1）作用迅速。与传统支护方式相比，锚杆支护的原材料量少且质轻，掘进过程中原料的运输存在很大的优势，可以提高掘进的效率。然后，回采作业中，可以减少工作面的作业流程，明显提高井下作业效率，降低了工人们的劳动强度。最后，锚杆支护工序间大门，有利于在快速掘进中实现围岩支护的机械化工作，因为其可在掘进面掘进后立刻就施工。

（2）成本低。和传统支护技术相比较，锚杆支护减少了巷道支护材料的投入和运输，一定程度大幅减少了支护的材料成本。同时可节约巷道的掘进成本，因为锚杆支护深入围岩岩体，不需要占用巷道断面，因此在设计上减少了巷道断面面积。同时锚杆支护稳定性良好，有效的减少了巷道的维修养护量，从而从根本上降低了巷道的维护费用成本。

（3）效果优秀。锚杆支护充分利用了围岩自身的支撑能力形成了相对稳定的支撑结构，这一做法不仅有效提高了巷道围岩的稳定性，还简化了巷道支护维护。究其主要原因，因为锚杆支护是主动支护形式，完全符合岩石力学理论和围岩控制论。

4 结语

在有色金属矿山作业中，锚杆支护技术对于围岩有加固和支护双重作用，一方面锚杆有效的阻止了岩层间的滑动，保证了煤岩体的完整性，提高了围岩体的自承载能力，限制了围岩体的位移；另一方面锚杆提高了破碎岩体的抗剪切于抗压强度，起到了加固作用。实践证明，锚杆支护有效地控制了巷道周围岩体的位移变形，取得了良好的安全与经济效益，是煤矿井下支护方式的重要发展方向，应当在矿井下工程施工中被广泛使用。