采动巷道岩体变形与锚杆锚固力变化规律

u0=6.8mm u0=4.8mm
10
20
30
40
50
60
锚杆锚固力 /kN
（a ） 锚固体碎胀时间
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 20 25 距巷道周边的距离 /m u0=26.8mm
u0=31mm
u0=36mm 30 35 40 45 锚杆锚固力 /kN 50 55
距巷道周边的径向距离 r/m 图 1 不同地质开采条件下围岩位移的深表比 1.位于岩体内, K=0.6; 2.位于岩体内, K=1.6; 3.位于煤体内,受回采影响期间,K=0.93; 4.一侧采空, 受回采影响期间,K=0.46; 5.一侧采空,受回采影响期间,K=0.35。 （2 ） 巷道受采动影响后, 尤其是在相邻采空区与本工作面回采引起 的支承压力叠加作用下, 不仅巷道周边, 而且岩体深部都处于强烈支承 压力下,产生大范围的塑性变形而被严重破坏。 因此, 不仅巷道周边位 移量很大, 而且围岩变形的变化规律与单一巷道不同, 深表比衰减十分 缓慢。在回采工作面附近, 巷道位于软岩内, 仅受本工作面采动影响期 间, b 值为 0.23, 巷道围岩破裂带宽度为 8m; 受到相邻采空区与本工作 面采动叠加影响期间, b 值为 15, 巷道围岩破裂带宽度为 16m; 围岩中
图 3 锚杆在围岩变形损伤过程中的工作特性
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1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 距巷道周边的距离 /m u0=16.5mm u0=2Βιβλιοθήκη Baidu.8mm
工程技术
固锚杆与围岩的相互作用关系表现为锚杆的径向锚固力迅速增长。开 始时, 尾部杆体载荷首先增长, 随围岩位移向深处扩展, 锚杆头部载荷 （图 4a ） 。 在锚固体 也迅速增长, 杆体最大轴力点由尾部转移到杆体中部 碎胀变形作用下, 高阻力全长锚固锚杆增阻速度较快 （图 3b ） , 通常可达 1～ 2 kN觟mm , 比低阻力端锚锚杆增长 3 倍，从而很快达到较高的径向 锚固力, 对锚固岩体施加围压, 使围岩自承能力显著提高, 有效地控制 了掘巷引起的围岩变形, 其变形量一般为低阻力端锚锚杆支护的 1/2～ 1/3。 （2 ） 围岩流变时期的锚固力 掘巷影响趋向稳定后, 围岩流变时期低阻力端锚锚杆的锚固力衰 减, 进入残余锚固力的工作状态 （图 3a ） , 再无力控制围岩流变变形。如 图 2 示, 锚固体将继续产生较大位移 , 岩体碎胀变形继续向深处发展 , 巷道围岩趋向失稳。 掘巷时期锚固力较高且呈现良好状态的全锚锚杆, 在掘巷影响趋向稳定后, 锚杆最大轴力达到峰值, 通常接近杆体的屈服 （图 4b ） 。全锚锚杆的实际锚固力达到 90 强度, 锚杆载荷呈现波动状态 （图 3b ） , 比低阻力端锚锚杆大 2～3 倍。此时, 锚固体内已经破 kN 左右 裂的岩块互相挤压咬合, 对深部岩体起到挡固作用, 抑制了围岩流变 。 锚固体和岩体深处的碎胀变形都得到有效控制 , 巷道围岩流变速度约 为低阻力端锚锚杆支护的 1/3。 （3 ） 回采影响时期的锚固力 回采影响时期的巷道围岩变形急剧增长, 并迅速向岩体深处扩展, 锚固体不仅本身继续碎胀变形, 而且出现很大的整体位移。此时, 低阻 力端锚锚杆大多失效或仅有残余锚固力 , 早已丧失支护围岩大变形的 能力。现用的全锚锚杆支护体系的极限位移量通常为 300 mm 左右, 超 过此值, 锚杆的锁紧作用明显丧失, 表现为锚固力随围岩变形和锚固体 损伤的加剧而开始下降(图 4c) , 多数锚杆锚固力衰减(图 3b) , 进入残余 锚固力的工作状态, 部分锚杆开始失效， 所以采动影响强烈、 围岩比较 松软的巷道, 临近回采工作面时, 有时还需采取架设临时加强支护的措 施。 高阻力预应力全长锚固支护体系可使锚固岩层形成较牢固的承载 体, 约束深部岩体的位移和破裂, 较有效地控制采动巷道围岩的强烈变 形, 在软弱复合顶板、 厚煤层顶板及沿采空区布置的回采巷道中得到了 有效应用, 这是扩大锚杆在大变形巷道中使用范围的主要技术途径。 参考文献 ［1］ 陆士良,汤雷,杨新安.锚杆锚固力与锚固技术. 北京:煤炭工业出 版社,1998.11 ［2］ 汤雷,陆士良.巷道围岩变形破坏过程中锚固力的变化规律.岩土 工程学报,1998,20(6):22- 25 上述各项检测和联测精度符合相应规范要求后， 对成果报告进行签认， 作为今后路面施工放样和中间交工验收的依据。 各项工程的中间交工验收均有相应验收执行标准，对土方路基来 说， 中线偏位， 路基横断面上各点标高 （一般一个横断面设五个高程控 制点 ） 及左、 右宽度是检测的重点。 各点标高是否控制的好， 误差是否符 合规范要求， 关系到路面各结构层层厚是否得到保证。 标高的检测应认 真仔细地进行， 凡误差超过规范要求的， 应采取措施予以整改。这里必 须指出的是， 验收前， 施工单位必须自检合格， 并提供相应自检资料。 进入路面施工后，测量监理工程师应加强对路面各结构层标高的 检测力度， 确保各结构层的设计厚度， 同时应督促施工单位测量人员精 心操作， 严格控制好横断面上各点标高和左、 右宽度。路面的验收方法 和形式同路基， 仅是标准不同而已。 抹面砂浆、 均为特殊的材 长久可靠的连结。又因粘贴保温板的胶粘剂、 料， 具有良好的防水性能和一定柔性的胶粘剂， 使面砖层与保温层之间 有了高效防水构造，杜绝雨雪水渗入保温层或存留在粘接层内形成危 害， 面砖间缝和勾缝也采用具有一定柔性和良好防水性能的勾缝胶剂， 有效消除大面积面砖层冷缩热胀造成的间缝裂缝而渗水，同时消除面 砖层热胀时形成的外张力造成的局部空鼓剥离可能，多道防水确保了 保温系统的有效性， 这种刚柔相结合的结构特性,充分说明该系统构造 的合理性，保证了整个外墙保温系统的优越性。可防止保温层风裂破 坏， 同时保护主体结构， 该技术具有安全 、 节能 、 隔热 、 防渗 、 环保等优 点， 装饰效果更好， 既适用于新建建筑， 又适用于旧房的节能改造， 具有 很好的节能效果和明显的经济效益。
1.0 围岩位移的深表比λr 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 2 4 3 5 2 1 3 4 5 6 100 锚杆锚固力 /kN 80 60 40 20 初锚力 0 50 掘巷 影响期 增阻
硬时,b 值为 0.33, 巷道围岩破裂带宽度为 8 m1 受采动影响的巷道 , 由 开采深度、 采动状况等不同, 巷道周边位移量一般为 200～ 于围岩性质、 1000mm, 岩体深部显著位移的范围一般为 5～16m。 ２．回采巷道周边和深部煤体的变形规律 采用锚杆支护的巷道, 由于锚固力不同, 变形量差别很大。 例如, 围 岩中等稳定、一侧采空的回采巷道, 在采用杆体直径为 14.16 mm 的低 阻力端锚锚杆或普通框式梯形支架时 , 巷道围岩累计位移量通常要达 到 750 mm 左右。 巷道周边和煤体深处的位移规律如图 2 所示 , 巷道 围岩要经历掘巷应力集中引起的位移、掘巷影响趋向稳定后的流变位 在采用杆体直径为 20.22 移以及回采支承压力引起的位移等 3 个时期。 mm 的较高阻力的预应力全长树脂锚固锚杆时, 巷道围岩累计位移量一 般达 300 mm , 比低阻力端锚锚杆约降低 60% , 岩体深处的位移量和破 裂带宽度也相应减小。
800 700 60 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 巷道煤帮位移量 /mm
50 掘巷 影响期
100
150 200 250 围岩流变期
300
350 400 回采 影响期
巷道掘后的维护时间 /d 图 2 回采巷道周边和深部煤体位移规律 0.巷道周边; 1～5. 距巷道周边分别为 1, 2, 3, 4, 5m ３．巷道岩体变形损伤过程中锚固力的变化规律 锚杆锚固力是峰后围岩剪胀变形与锚杆相互作用的结果 , 随巷道 稳定、 衰减、 以致丧失等 围岩变形和损伤的发展, 锚杆锚固力呈现增长、 锚杆的杆体强度、 锚固方式和护表构件对锚固力的大小及其变化 过程。 有重要影响。
30 锚杆锚固力 /kN 25 20 15 10 5 0 初锚力 残余锚固力 增阻 衰减 工作锚固力 75 62.5 50 37.5 25 12.5 0 50 100 150 200 250 300 掘巷影响期 围岩流变期 巷道位移量 /mm (a)低阻力端锚 工作锚固力 250 锚杆支护阻力 /kPa 衰减 200 150 100 50 0 100 150 200 250 300 围岩 回采 流变期 影响期 巷道位移量 /mm (b)高阻力全锚 锚杆支护阻力 /kPa
） 围岩流变时间 （b
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 距巷道周边的距离 /m u0=36mm
u0=100mm u0=75mm
10 15 20 25 30 35 40 45 50 锚杆锚固力 /kN
（c ） 回采影响时间 图 4 巷道围岩变形损伤过程中全锚锚杆锚固力的变化规律 （1∶4 大比例相似材料模拟试验 ） （1 ） 掘巷影响时期的锚固力 掘巷影响时期 , 巷道围岩表面首先位移 , 并逐渐向岩体深部扩展 , 如图 2 示。低阻力端锚锚杆岩体的位移深度约为 2m, 巷道周边位移量 约 160mm, 1.5m 深处锚杆头部的位移量约为 50mm, 已超过端锚锚杆开 始失效的极限位移量。如图 3a 所示, 端锚锚杆锚固力随围岩损伤变形 随着锚固体的碎胀, 高阻力全长锚 经历了缓慢增阻和逐渐衰减的过程。 （上接第 328 页 ） 深挖地段是重点， 每施工到一定标高后， 应检测其线 路中边桩和路基宽度是否符合设计的要求，这一工作应督促施工单位 测量人员经常性地进行。 三、 对隐蔽工程量和变更工程量进行复核。复核时， 测量监理工程 师应本着实事求是、认真负责的态度，采用合理严谨的测量和计算方 法， 如实地向监理工程师提供可靠的工程量数据。 第三阶段 中间交工验收阶段 经过一段时期的施工，原有加密导线和水准点难免被破坏或使用 不方便。因此， 中间交工验收之前， 测量监理工程师应责令施工单位对 各自的加密导线和水准进行一次全面的复测和补测，并提交相应的成 果报告， 和施工准备阶段一样， 测量监理工程师应对其成果报告进行认 真仔细的内外业审核和实地检测， 两相邻施工单位之间必须进行联测。 （上接第 329 页 ） 胶浆过稀， 只能加该粘贴剂粉末调节稠度。已拌好 的粘贴胶在 1 小时内用完； （2 ） 将胶浆抹于瓷砖背面， 再用力搓压摆正到基层上， 粘贴剂的厚 度控制在 5～10mm 之间， 刮去多余胶浆， 施工后自然凝固， 24 小时内免 水浸泡或冲刷即可； （3 ） 当瓷砖粘贴完成 24 小时后， 方可开始勾缝， 采用专用瓷砖勾缝 剂， 边勾缝边及时清污。 该外墙保温系统， 除了保温层和主体墙体之间的正常连结外， 在保 温层和面砖层之间增加一道由钢丝网 、 锚钉 （压片） 和主体墙形成的刚 性构造， 对保温层实现二次约束， 对面砖层荷载实现有效支撑， 确保了 保温层和主体墙之间长久可靠的连结，也确保了面砖层与保温层之间
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采动巷道岩体变形与锚杆锚固力变化规律
大同市煤矿集团地煤公司生产部 熊建华
［摘 要］ 本文阐述了采动巷道围岩的变形规律, 探讨了低阻力端锚和高阻力全锚锚杆在巷道围岩变形损伤过程中锚固力的变化规 律, 揭示了锚杆支护与围岩的作用机理, 为采动巷道锚杆支护的选型设计及扩大使用范围提供了科学依据。 ［关键词］ 采动巷道 围岩变形 锚杆锚固力 变化规律 近年来, 对采动比较强烈的煤层巷道, 我国煤矿采取了将金属锚杆 杆体直径从 14.16mm 提高到 20.22mm , 锚固方式由端锚改为预应力全 W 型钢带或锚杆桁架等技术措 长树脂锚固 , 使用质量较高的金属网 、 施。 使反映锚杆锚固力的主要指标—— —初锚力、 锚杆体系刚度、 工作锚 固力及残余锚固力都得到显著提高, 锚杆的实际工作特性明显改善, 基 本上实现了锚杆支护的强初撑、 急增阻和高阻力, 较有效地控制了煤层 动压巷道的围岩变形, 锚杆支护技术水平得到较大提高, 本文从采动巷 道围岩变形损伤过程与锚杆锚固力的变化规律及其作用关系 , 论述不 同锚杆支护的作用机理。 １．煤层巷道周边和岩体深处的变形规律 巷道围岩变形都从表面向深部逐渐降低 , 围岩内部变形与其周边 变形之间具有明显的相关性。其相关规律首先取决于巷道围岩应力的 变化及围岩性质, 同时, 与巷道支护阻力, 尤其是锚杆与围岩的相 分布、 互作用以及岩体的流变性有关。 锚杆作为一种插入岩体内的巷道支护方式 , 支架与围岩的相互作 用涉及到锚杆的全长范围, 比框式支架与围岩的关系更为复杂。因此, 要深入研究锚杆的力学机理, 必须掌握锚杆支护巷道的周边位移与岩 体深处位移的规律。巷道岩体深部任一点的径向位移与周边位移的比 值称为深表比, 它是反映这一规律的主要指标。 λr=ur/uo 式中:λr 为深表比;ur 为距巷道周边 r 处的岩体径向位移,mm;uo 为巷 道周边位移,mm。 经过对我国徐州、 淮南、 平顶山、 梅河等矿区各类煤层巷道的岩体 ） 可以看到: 位移及其深表比的测试， （图 1 （1 ） 在原岩应力条件下, 深表比的变化规律与掘巷引起的围岩应力 分布基本一致 , 即在巷道周边最大 , 在围岩深处按负指数曲线 λr=e- br （其中 b 为与岩性有关的系数 ） 衰减。围岩周边位移量的大小、 衰减速度、 深表比的变化及最终的影响深度, 主要取决于巷道围岩性质, 同时还与巷 断面大小以及支护阻力等有关。影响范围与围岩的稳定性 道埋藏深度、 （K=0.6 ） ,b 值为 0.65; 在极软岩中 （K=1.6 ） ,b 系数 K 有密切关系: 在软岩中 值为 0.45。 软弱围岩破裂带宽度一般为 0.5B～1B （B 为巷道宽度 ） ， 个别达 2B。 中硬以上岩体, b 值一般都大于 0.9, 围岩破裂带宽度为 0.1B～0.3B。 岩体深部明显位移的范围变化很大, 一般为 2～8 m。