扩大头锚杆的变形特性及其抗拔承载力分析

甘剑锋

（吉林大学建设工程学院 130000 中国建筑第八工程局有限公司 300000）

1 锚杆支护理论

锚岩支护体理论认为锚杆能加固巷道的围岩，形成一个组合体，即锚岩支护体，它不仅具有自承能力，而且能承受因巷道开挖或采矿影响而产生的矿山压力。它是通过理论和实践证明，提高预紧力螺栓有利于锚岩巷道支护的形成，并提高其强度，以产生更大的承载能力。锚定支架，在每个杆段和托盘粘合剂之间形成一个双锥。锥的张开角与岩层的摩擦角有关，与它穿过的裂隙层理有关。在锚岩支护体中，由锚杆所造成的应力沿粘着段和沿托盘的边缘最大，在锥体的底部应力的强度最小。

2 高预紧力锚杆支护技术

锚杆可以提高锚固体力学参数，提高峰值强度和残余强度后岩石的强度特别是锚固强度得到加强，形成一个共同的承载结构，充分利用围岩的承载能力，与锚杆支护强度T改进和加强，在一定程度上的锚固强度，能保持周围岩体的稳定性。现有锚杆锚索支撑体系可应用于浅部。

（1）发展锚杆支护技术的要点是足够的锚杆支护强度和初锚力，适当加大锚杆长度，及时锚固，特别应加强帮、角的控制。

支护强度：改善材质。发展合格的高强、超高强锚杆；加大锚杆直径。

初锚力：在现有风动条件下，改善结构，完善施工工艺，实现15～20kN。

锚杆长度：加长后控制大塑性区和破碎区。

及时锚固：除注意顶板外，还应注意两帮。

（2）发展高（超高）强度锚杆的理论依据

3 巷道围岩支护技术的发展

目前，学者们更多地认识到在深部大流变围岩巷道支护中，支护结构与围岩共同承载的匹配与偶合作用的重要性。锚杆、锚索及刚性金属支架等支护材料与巷道围岩相比，从材料刚度、强度、变形特性、结构特性等方面都存在明显差异，因此要实现支护材料与围岩在刚度匹配、强度匹配、变形匹配、结构匹配并非容易，因此在深井高地应力煤巷的支护中，如果出现刚度、强度、结构变形中某一方面的不匹配与不偶合，就不可避免会出现支护结构的强度失稳、变形失稳和结构失稳等。

4 深井高地应力煤巷支护的改进措施

4.1 巷道断面形状采用圆弧形放顶掘进

在不支护顶板的情况下，后拱是自然平衡的拱，因此拱隧道具有更均匀的受力和最大的承载能力。圆弧段是让煤层顶部最容易落下或弯曲的部分人工放出的岩石，使巷道具有较好的承载效果。

上顺槽：当挖掘，我们需要巷道支护为煤体，所以巷道断面设计为切向拱截面，底部和上部两侧全煤，和屋顶的顶部放500mm。

下顺槽：回采时，巷道上部为煤体，下部不需要。因此，巷道断面设计为两肩高的圆弧拱段，下部为整个岩层或下部煤层的一小部分，上部为整体煤。

4.2 采用高预应力锚杆

（1）高预应力锚杆支护要求

随着开采深度的增加，地应力的增大，围岩松动圈也增大，巷道支护中的锚杆规格也应加长，发展成预应力高强锚杆。锚杆主要是改善围岩应力状态，它是由二维应力状态变为三向应力状态，限制膨胀变形，提高自身实力，从而提高加固围岩的自承载能力，严格的说是一种锚杆加固的方法。

（2）支护参数确定的原则

高可靠性和安全性，尽可能减少维修期间的数量或仅在道路维修期间进行局部维护。支护参数和支护材料规格适应性强，施工可行。由于地下巷道围岩条件的巨大变化，考虑支护的合理性，可以考虑多种支护参数和支护材料规范，但这不利于巷道的施工和管理。因此，尽可能使用统一的支持材料和材料规范。在满足前两项原则的前提下，经济是合理的。

（3）支护方案

锚杆支护初始设计采用有限差分数值计算的程序设计flac3.3。巷道采用高预紧锚索和锚索联合支护体系。

螺栓的形式和规格：杆体选用25#左旋无纵筋锚杆，长度为2.4m，杆的尾部是M27，和轧制过程中形成。极限破坏力400kN、屈服极限和294kN，伸长率为17%。拧紧扭矩可达800N。利用空气触发紧固螺母。

锚固方法：树脂加长锚固两锚地，一是k2835，另z2860，钻头的直径为32mm，和锚固长度1440mm。

带钢规格：采用W钢带保护前，带钢规格：厚度5mm，宽280mm，长度380万美元，3.5m1.8。

连接配件：高强度螺栓和螺母M27×3，高强度尼龙垫圈托盘，托盘采用拱型高强度的托盘，和承载能力不小于40t。

网孔规格：使用金属的经度和纬网保护上，网格尺寸为4.5×0.9m，3.6×1.9×0.9m0.9m，网格为 50×50mm，和材料 10# 线。

锚杆布置：锚杆排距0.8m，每排12个螺栓，锚杆间距900mm1100mm的锚杆间距、锚杆间距800mm。

（4）高预紧力锚杆支护特点

螺栓的预紧力高预紧力，增加主动锚结合的围岩，以控制围岩的变形，全螺纹钢锚杆预紧力比较低，可以降低支护密度；高预应力锚杆不易松动，爆破振动的影响比其他类型小螺栓的影响，如全螺纹钢锚杆松动迎头10m范围内更为严重；左挂体高预紧力螺栓螺纹和螺栓就挂线，目前已安装的正确悬挂紧固螺母的工具，左右悬挂线安装有搅拌锚固剂，可以提高E锚固段锚定效应的致密性好；高预应力锚杆机械安装，可靠性高的安装，避免随机性的人工操作，确保安装质量和全螺纹钢锚杆采用人工紧固扳手，任意难以保证足够的预紧力。

[1]马振乾.厚层软弱顶板巷道灾变机理及控制技术研究[D].中国矿业大学（北京），2016.

[2]张永政.锚固结构面剪切破坏声发射特性及锚固机理宏细观研究[D].山东科技大学，2017.