自旋锚杆在煤巷支护中的应用.pdf

第 ４１ 卷第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４１ Ｎｏ􀆱 １１ ２０１３ 年１１ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｖ. ２０１３ 自旋锚杆在煤巷支护中的应用 丁国峰１ꎬ２ꎬ谢文兵１ꎬ２ꎬ荆升国１ꎬ２ꎬ王其洲１ꎬ２ １.中国矿业大学 矿业工程学院ꎬ江苏 徐州 ２２１１１６ꎻ２􀆱 中国矿业大学 深部煤炭资源开采教育部重点实验室ꎬ江苏 徐州 ２２１１１６ 摘 要为解决象山煤矿围岩破碎煤巷支护中树脂锚杆钻孔易塌孔、安装失效率高等难题ꎬ引进了自 旋锚杆支护技术ꎬ分析了自旋锚杆的结构特点和作用机理ꎮ 对拉拔力进行理论计算ꎬ由拉拔试验结果 得知ꎬ不同长度的锚杆理论计算值与实测值平均误差在 ８％左右ꎮ 在此基础上ꎬ针对北二采区 ５ 号煤 运输下山采用自旋锚杆支护技术ꎬ并对其应用成果进行数值模拟分析和现场试验ꎬ结果表明自旋锚 杆安装成功率达 ９５％ꎻ增阻快ꎬ当围岩变形为 ５ ｍｍ 时ꎬ锚固力已增至 ３３ ｋＮ 左右ꎬ并随着围岩变形进 一步增加ꎻ围岩变形量小于 ２０ ｍｍꎬ证明自旋锚杆支护技术有效控制了该煤层巷道围岩变形ꎮ 关键词自旋锚杆ꎻ煤巷ꎻ拉拔力ꎻ数值模拟 中图分类号ＴＤ３５３ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１３１１－００３０－０４ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｃｒｅｗ Ｂｏｌｔｓ ｉｎ Ｃｏａｌ Ｒｏａｄｗａｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ ＤＩＮＧ Ｇｕｏ￣ｆｅｎｇ１ꎬ２ꎬＸＩＥ Ｗｅｎ￣ｂｉｎｇ１ꎬ２ꎬＪＩＮＧ Ｓｈｅｎｇ￣ｇｕｏ１ꎬ２ꎬＷＡＮＧ Ｑｉ￣ｚｈｏｕ１ꎬ２ １.Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＸｕｚｈｏｕ ２２１１１６ꎬＣｈｉｎａꎻ ２.ＭＯＥ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｃｏａｌ ＭｉｎｉｎｇꎬＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＸｕｚｈｏｕ ２２１１１６ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｒａｔｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｂｏｌｔｓ ｈｏｌｅｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｂｒｏｋｅｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｓｕｐｐｏｒｔ ｉｎ Ｘｉａｎｇｓｈａｎ Ｍｉｎｅꎬｓｃｒｅｗ ｂｏｌｔｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｒｅｗ ｂｏｌｔｓꎬｔｈｅ ｐｕｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒｉａｌ ｒｅｓｕｌｔｓꎬｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ａｎｃｈｏｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈｓ ｈａｄ ａｎ ａｖｅｒａｇｅ ｅｒｒｏｒ ８％ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｏｎｅｓ.Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬｔｈｅ ｎｅｗ ｓｃｒｅｗ ｂｏｌｔｓ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｐｒｏ￣ ｐｏｓｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｄｉｐ ｈａｕｌｉｎｇ ｒｏａｄｗａｙ ｏｆ Ｎｏ.５ ｃｏａｌ ｓｅａｍ.Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｓｃｒｅｗ ｂｏｌｔｓ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ９５％ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｆｏｒｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆａｓｔ.Ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｓ ５ ｍｍꎬｔｈｅ ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｈａｄ ｒａｉｓｅｄ ｔｏ ａｂｏｕｔ ３３ ｋＮ.Ｗｉｔｈ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｏｃｋ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬｔｈｅ ｒｏｃｋ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ２０ ｍｍ.Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｓｃｒｅｗ ｂｏｌｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｒｏａｄｗａｙ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｃｒｅｗ ｂｏｌｔｓꎻｃｏａｌ ｒｏａｄｗａｙꎻｄｒａｗｉｎｇ ｆｏｒｃｅꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 收稿日期２０１３－０６－２８ꎻ责任编辑曾康生 作者简介丁国峰１９８９ꎬ男ꎬ河南新乡人ꎬ硕士研究生ꎮ Ｔｅｌ１５２６２１４１３５６ꎬＥ－ｍａｉｌｃｕｍｔｄｇｆ＠ １６３􀆱 ｃｏｍ 引用格式丁国峰ꎬ谢文兵ꎬ荆升国ꎬ等.自旋锚杆在煤巷支护中的应用[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１１１３０－３３ꎬ３８. ０ 引 言 随着煤矿巷道支护技术的不断发展ꎬ锚杆支护 理论不断完善ꎬ锚杆在巷道支护中的比例进一步增 加ꎮ 但随着采矿深度的增加和复杂地质条件的出 现ꎬ高应力软弱破碎围岩支护难题日益突出ꎬ对锚杆 支护提出了更高的要求[１－３]ꎮ 在生产实践中ꎬ由于 软岩巷道围岩较破碎、工人熟练程度不一等因素ꎬ导 致钻孔成孔困难ꎬ树脂锚杆安装失效率较高[４]ꎮ 因 此ꎬ研究解决软弱破碎煤层巷道支护难题对保障矿 井安全高效生产具有重要的理论意义和现实意义ꎮ １ 工程概况 韩城矿业公司象山煤矿位于渭北煤田东部ꎬ年 生产能力 １６０ 万 ｔꎬ主采石炭系太原组 ５ 号煤层ꎬ普 氏系数 １ꎬ节理较为发育ꎬ煤层平均埋深 ６６８ ｍꎬ平均 厚度约 ３􀆱 ４５ ｍꎬ５ 号煤层顶板为粉砂岩ꎬ但围岩节理 裂隙较发育ꎬ强度较低ꎬ平均厚度约 １４ ｍꎬ底板为砂 质泥岩ꎬ平均厚度约 ８ ｍꎮ 象山煤矿北二采区 ５ 号 煤层运输下山沿煤层顶板掘进ꎮ 该巷道在使用树脂 锚杆支护过程中ꎬ由于 ５ 号煤层松软破碎、工人熟练 程度不一等因素ꎬ致使巷道帮部钻孔时成孔困难ꎬ施 ０３ 丁国峰等自旋锚杆在煤巷支护中的应用２０１３ 年第 １１ 期 工进度慢ꎮ 在对锚杆进行拉拔力检测过程中发现树 脂锚杆安装失效率高、锚固力较低、锚固性能差ꎮ 为 了效控制巷道围岩变形ꎬ决定在北二采区 ５ 号煤层 运输下山进行自旋锚杆锚固技术应用实践ꎮ ２ 自旋锚杆设计原则和结构特点 １自旋锚杆设计原则ꎮ 自旋锚杆支护设计原 理有 ３ 点①早期强度高ꎬ有利于及时主动支护围 岩ꎬ控制围岩变形ꎻ②有利于增加围岩体强度和自承 能力ꎬ围岩体稳定可靠ꎻ③技术便于掌握ꎬ施工操作 过程简单[４]ꎮ 因此ꎬ根据上述原则ꎬ采用操作简单、 性能可靠、锚固力大、成本低的自旋锚杆支护技术ꎮ ２ 自旋锚杆结构ꎮ 自旋锚杆由杆体、无旋丝 段、旋丝段和旋丝端部金属头金属头为电弧焊合 金材料ꎬ主要是防止端头的螺丝旋进过程中变形、 螺母及托盘组成ꎮ 杆体采用一定直径的钢筋ꎬ旋丝 由绕丝车床将预制好的三角钢材均匀缠绕在杆体 上ꎬ然后焊接而成ꎬ锚杆结构如图 １ 所示ꎮ 图 １ 锚杆结构示意 ３ 自旋锚杆作用机理及拉拔力试验 ３􀆱 １ 自旋锚杆作用机理 自旋锚杆虽然以螺旋形式为基本结构ꎬ但其作 用机理与传统螺旋锚杆的作用机理有差别[５－６]ꎬ自 旋锚杆安装需先在围岩中打 １ 个小于旋丝外径的钻 孔ꎬ然后用手持式钻机等安装机具将锚杆旋入围岩 中ꎬ即自旋锚杆是在端部金属头和杆体旋丝的作用 下以旋进形式完成安装过程ꎬ由于预打的钻孔较小ꎬ 安装过程中破碎的煤岩体紧密包裹杆体ꎬ在巷道切 向应力挤压作用下ꎬ杆体表面与围岩体间形成摩擦 力ꎮ 在杆体产生沿轴向的位移时ꎬ杆体与围岩体间 产生较大的摩擦力ꎬ阻止围岩进一步变形ꎮ 自旋锚杆主要是利用旋丝的多点接触力学原理 来传递载荷的ꎬ自旋锚杆以旋转形式进入围岩体中ꎬ 杆体上的旋丝嵌入到围岩体中形成多点接触ꎮ 巷道 在开挖后ꎬ在重力和构造应力等因素作用下必将产 生变形ꎬ围岩应力重新分布ꎬ围岩的切向应力挤压自 旋锚杆ꎮ 由于旋丝与围岩体紧密接触ꎬ当围岩沿杆 体产生轴向滑动位移时ꎬ嵌入围岩体的旋丝就会与 围岩体产生较大的摩擦力ꎬ从而阻止了围岩体的进 一步变形ꎮ 即在挤压钻孔周围煤岩体和围岩的切向 应力作用下ꎬ利用杆体产生连续摩擦力和旋丝产生 多点接触力的双重作用形成自旋锚杆锚固力ꎮ 正是 基于上述原理ꎬ自旋锚杆的锚固力随围岩变形而进 一步增大ꎬ尤其对高应力、大变形的软岩巷道有较强 的适用性ꎬ锚杆周围围岩受力分布如图 ２ 所示ꎮ 图 ２ 锚杆周围围岩受力示意 ３􀆱 ２ 自旋锚杆拉拔力分析 在实际工程中ꎬ自旋锚杆的拉拔力关系到锚固 体系安全与否[７]ꎮ １理论计算ꎮ 假设旋丝与杆体焊接处未被破 坏ꎬ则锚固体摩擦力主要由旋丝与围岩接触产生ꎮ 自旋锚杆的拉拔力主要包括锚固体表面的摩擦力、 杆体与围岩的摩擦力和锚杆质量等ꎮ 研究表明ꎬ可以将自旋锚杆锚固体破坏面简化 成圆筒形[８]ꎮ 由于自旋锚杆是以多点接触力学传 递载荷ꎬ随着锚固范围内围岩变形而逐渐受载ꎮ 文 献[９]基于锚杆位移研究锚杆载荷传递特性ꎬ得出 锚固体表面摩擦力 τ 为 τ ＝ βＴ πＤ２ ｃｏｓｈ[βＬａ－ ｘ / Ｄ] ｓｉｎｈβＬａ/ Ｄ １ β ＝ ４Ｇｓ/ πＥａ 其中Ｔ 为锚杆预紧力ꎻＤ 为自旋锚杆杆体直 径ꎻＬａ为旋丝段长度ꎻｘ 为距旋丝段外端长度ꎻＥａ为 锚杆弹性模量ꎻＧｓ为锚固体与锚固层界面的剪切模 量ꎬ其物理意义为在单位长度的锚固体表面上ꎬ由 单位剪切位移产生的剪力ꎬＧｓ的影响因素较复杂ꎬ主 要与锚固体和锚固层界面的摩擦特性和法向应力有 关ꎬＧｓ可通过锚杆载荷试验反算求得ꎮ 锚杆杆体的摩擦力 ｆ 可近似按下式计算 ｆ ＝ ＬｓＬσ２ θｔａｎ φ/ ｐ ２ 其中Ｌｓ为锚杆杆体的截面周长ꎻＬ 为锚杆长 度ꎻσθ为围岩切向应力ꎻｐ 为原岩应力ꎻφ 为围岩的 内摩擦角ꎮ 巷道开挖后ꎬ松动圈的形成需要 ３ ７ ｄ[１０－１１]ꎬ及时安装锚杆支护ꎬ假设巷道围岩没有发生 完全破坏ꎬ均处于弹塑性区内ꎬ弹塑性区围岩体的切 向应力为[２] １３ ２０１３ 年第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４１ 卷 σθ＝ ｐｉ＋ Ｃｃｏｔ φ １ ＋ ｓｉｎ φ １ － ｓｉｎ φ ｒ ａ ２ｓｉｎ φ １－ｓｉｎ φ－ Ｃｃｏｔ φ 其中ｐｉ为支护阻力ꎻＣ 为围岩的黏聚力ꎻｒ 为所 求应力处的半径ꎻａ 为巷道半径ꎮ 由于杆体旋丝较 细ꎬ可忽略其质量ꎬ锚杆质量 Ｗ 近似按下式计算Ｗ ＝ρＬＡꎬ其中ρ 为锚杆密度ꎻＡ 为锚杆截面面积ꎮ 综上所述ꎬ自旋锚杆的拉拔力 Ｑｔ理论计算式为 Ｑｔ＝ βＴ πＤ２ ｃｏｓｈ[βＬａ－ ｘ / Ｄ] ｓｉｎｈβＬａ/ Ｄ ＋ ＬｓＬσθσθ/ ｐｔａｎ φ ＋ ρＬＡ ２拉拔力试验分析ꎮ 通过对自旋锚杆进行拉 拔试验ꎬ检测围岩的可锚性ꎬ判断自旋锚杆在软岩巷 道的适用性ꎮ 在该矿地质条件下ꎬ不同直径和长度 的自旋锚杆的拉拔试验结果见表 １ꎮ 表 １ 自旋锚杆拉拔试验结果 锚杆 编号 锚杆拉拔力/ ｋＮ ２０２ ０００２０２ ５００２２３ ０００２２３ ５００ １４８􀆱 ０７８􀆱 ４９７􀆱 ４１０４􀆱 ９ ２６２􀆱 ０５４􀆱 ４９１４􀆱 ０９８􀆱 ４ ３５３􀆱 ４６０􀆱 ４１１１􀆱 ５１０４􀆱 ９ ４４８􀆱 ４７８􀆱 ７９２􀆱 ０１２４􀆱 ０ ５５４􀆱 ２７１􀆱 ２８４􀆱 ６１１１􀆱 ５ ６５１􀆱 ０６７􀆱 ６７８􀆱 ４９１􀆱 ８ 注锚杆规格单位为 ｍｍｍｍꎮ 在锚杆安装角度一定的情况下ꎬ不同长度的自 旋锚杆的极限拉拔力实测值和计算值见表 ２ꎮ 表 ２ 不同长度自旋锚杆的拉拔力实测值与计算值 锚杆规格/ ｍｍｍｍ 拉拔力/ ｋＮ 实测值计算值 ２０２０００５２􀆱 ８３５９􀆱 ９２５ ２０２５００６９􀆱 ８５７６􀆱 ４７３ ２２３ ０００９４􀆱 ５５８９􀆱 ８２５ ２２３ ５００１１２􀆱 １２１０４􀆱 ９１７ 从表 ２ 可以看出ꎬ当自旋锚杆长度为 ２ ０００ 和 ２ ５００ ｍｍ 时ꎬ拉拔力计算值比实测值大 １１􀆱 ８％和 ８􀆱 ７％ꎻ当自旋锚杆长度为 ３ ０００ 和 ３ ５００ ｍｍ 时ꎬ计 算值比实测值小 ５􀆱 ３％和 ６􀆱 ７％ꎮ 这主要是由于与 深部围岩相比较ꎬ靠近巷道表面处的围岩更破碎ꎬ且 围岩切向应力较低ꎬ导致此段的锚杆锚固力偏低ꎬ随 着锚杆长度增加ꎬ该段对降低锚固力的影响逐渐减 弱ꎮ 在拉拔试验中还发现ꎬ在锚杆安装 １０ ｄ 内ꎬ随 着时间的增加ꎬ锚杆的抗拔力在一定范围内增加ꎬ之 后抗拔力相对稳定ꎬ如图 ３ 所示ꎮ 这说明了自旋锚 杆随着围岩变形的增加ꎬ其锚固能力得到提高ꎮ 图 ３ 平均拉拔力与安装时间关系 ３􀆱 ３ 自旋锚杆施工工艺 在巷道支护中ꎬ锚杆的安装工艺越简单ꎬ工作效 率就越高ꎮ 自旋锚杆安装过程非常简单ꎬ首先利用 钻机在巷道围岩中打好略小于锚杆旋丝外径的钻 孔ꎬ然后将自旋锚杆金属头端置于钻孔处ꎬ通过回转 接头将锚杆与钻机手持式连接好ꎬ开动钻机ꎬ自 旋锚杆即被旋入巷道围岩中ꎮ 锚杆旋丝外径、杆体直径和钻孔直径的匹配关 系ꎮ 旋丝外径与杆体直径相差太小ꎬ则多余岩屑无 法沿着杆体排出ꎬ施工困难ꎬ且后期锚固力小ꎻ相差 太大ꎬ施工中锚杆易被夹断ꎮ 旋丝外径与钻孔直径 相差太大ꎬ同样锚杆容易被夹断ꎬ不能保证锚杆进入 深度ꎬ造成施工困难ꎻ相差太小ꎬ则锚杆初期锚固力 小ꎬ不能及时主动控制围岩变形ꎮ 一般钻孔直径等 于杆体直径ꎬ或者大于杆体直径 １２ ｍｍꎬ旋丝外径 大于杆体直径 ６１２ ｍｍꎮ 具体参数应根据不同地 质条件以及现场拉拔试验结果而定ꎮ ４ 现场工业试验 ４􀆱 １ 支护方案 根据拉拔试验结果ꎬ该次设计所用的自旋锚杆 杆体长度为 ３ ５００ ｍｍꎬ杆体直径为 ２２ ｍｍꎬ旋丝外 径 ２８ ｍｍꎬ钻孔直径为 ２４ ｍｍꎮ 考虑到巷道高度仅 为 ３􀆱 ０ ｍ、顶板为复合顶板、成孔条件较好等因素ꎬ 因此顶板用 １７􀆱 ８ ｍｍ６ ０００ ｍｍ 锚索进行支护ꎮ ４􀆱 ２ 数值模拟分析 根据象山煤矿北二采区 ５ 号煤层运输下山地质 资料及现场 ３ 号和 ５ 号煤层的实际位置关系ꎬ并充 分考虑邻近巷道的影响ꎬ采用 ＦＬＡＣ 软件建立的数 值模拟模型如图 ４ 所示ꎮ 整个模型尺寸 １８０ ｍ８０ ｍꎬ模型上部边界施加 的载荷按采深 ６３０ ｍ 计算ꎬ底部边界垂直方向固定ꎬ 左右边界水平方向固定ꎻ根据现场地质资料ꎬ侧压系 ２３ 丁国峰等自旋锚杆在煤巷支护中的应用２０１３ 年第 １１ 期 图 ４ 数值模拟模型 数为 １􀆱 １ꎬ采用平面应变模型ꎮ 模型中所采用的材 料特性参数见表 ３ꎮ 模拟的锚杆长度分为 ３ ５００ ｍｍ 自旋锚杆支护帮部时测定巷道围岩变形量ꎮ 表 ３ 各岩层物理力学参数 岩层 体积模 量/ ＧＰａ 剪切模 量/ ＧＰａ 容重/ ｋＮ􀅱ｍ －３ 内摩擦 角/ 黏聚力/ ＭＰａ 抗拉强 度/ ＭＰａ 细砂岩８􀆱 ０５􀆱 ０２５􀆱 ５３５３􀆱 ３３􀆱 ０ 泥岩５􀆱 ０４􀆱 ０２２􀆱 ０２７３􀆱 ８２􀆱 ８ 粉砂岩３􀆱 ５２􀆱 ５２６􀆱 ０２５１􀆱 ５３􀆱 ０ ３ 号煤层３􀆱 ０２􀆱 ０１３􀆱 ０２０１􀆱 ５１􀆱 ８ 泥质砂岩３􀆱 ５２􀆱 ５２６􀆱 ０２５１􀆱 ２２􀆱 ９ 泥岩１􀆱 ２１􀆱 ８２０􀆱 ０２２０􀆱 ８２􀆱 ８ ５ 号煤层３􀆱 ０２􀆱 ０１３􀆱 ０２０１􀆱 ５１􀆱 ８ 泥岩３􀆱 ９２􀆱 ２２３􀆱 ０２７３􀆱 ０２􀆱 ８ 细砂岩５􀆱 ５２􀆱 ８２５􀆱 ０３２２􀆱 ２３􀆱 ０ 为系统分析软岩巷道自旋锚杆支护中巷道围岩 位移分布规律ꎬ在巷道顶板中点和两帮中点设置观 测线ꎬ监测围岩位移ꎬ并在距巷道围岩表面不同深度 设置观测线ꎮ 通过数值模拟分析自旋锚杆在软岩巷 道中的支护效果ꎬ从而进一步判别自旋锚杆在软岩 巷道中的适用性ꎮ 在考虑邻近巷道和 ３ 号煤层支承 压力的影响下ꎬ巷道帮部和顶板围岩位移如图 ５ 所 示ꎬ由图 ５ 可知ꎬ巷道帮部最大位移为 ５５ ｍｍꎬ顶板 最大位移为 ８０ ｍｍꎬ支护效果较好ꎬ帮部不同位置处 围岩移近量较接近ꎬ支护承载体结构较稳定ꎮ 表明 全长锚固的自旋锚杆有效地控制了巷道围岩变形ꎬ 自旋锚杆在煤层巷道中具有较强的适应性ꎮ ４􀆱 ３ 巷道表面移动监测结果分析 为了评价自旋锚杆在软岩中的支护效果ꎬ对巷 道顶底板移近量、两帮移近量和锚固力进行监测ꎮ 经过近 ３ 个月的观察和记录ꎬ其结果如图 ６ 所示ꎮ 由图 ６ 可知ꎬ巷道掘出后ꎬ巷道围岩应力重新分布ꎬ 巷道开始变形ꎬ变形仅为 ５ ｍｍ 左右时ꎬ帮部自旋锚 杆的锚固力迅速增大ꎬ同时反过来又阻止围岩的进 一步变形ꎮ 当邻近巷道掘进时ꎬ自旋锚杆锚固力随 着围岩位移又进一步增大ꎬ有效地阻止了巷道变形ꎮ 图 ５ 巷道帮部和顶板围岩基点深度围岩位移 图 ６ 巷道表面位移与帮部自旋锚杆受力 通过对锚杆施工质量抽检和围岩信息监测表 明锚杆安装成功率达 ９５％以上ꎬ自旋锚杆锚固力 增速快ꎬ能及时主动控制巷道变形ꎬ支护效果明显ꎮ ５ 结 语 针对软岩巷道支护中使用树脂锚杆时安装失效 率高、进度慢等施工难题ꎬ特引进新型自旋锚杆ꎬ并 阐述了自旋锚杆的作用机理ꎮ 即自旋锚杆的锚固作 用是以挤压围岩体产生连续摩擦阻力和旋丝产生高 表面阻力的双重效果形成综合锚固力ꎮ 对自旋锚杆 的拉拔力进行分析ꎬ结果显示自旋锚杆在煤层巷道 中具有较好的可锚性ꎮ 推导出的拉拔力公式的计算 下转第 ３８ 页 ３３