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软岩巷道锚喷网支护

煤炭工程术语

单体锚杆
1.单体锚杆的作用机理
一般认为普通锚杆没有预应力，比较好的状态下安装的初张力只有20kN左右；实测表明，由于爆破震动和锚杆杆体的变形等原因，锚杆的安装初张力在1-2d内会明显降低，直至下降到零。
普通锚杆只有当围岩变形之后才能产生支护力，围岩长期处在弹性状态下，则锚头与垫板间围岩变形量只有百分之几个毫米，尚未产生能使锚杆实际上受力的变形，围岩的变形已经完成，锚杆应力将始终为零或者很低；只有在松动圈产生，锚头与锚尾之间发生一定量的相对膨胀变形之后，锚杆的工作阻力才能达到30kN以上，使锚杆处于工作状态。围岩的这一膨胀过程，正是锚杆应力增加，进入实际工作状态的过程。如果岩层是松动圈的类围岩，锚头与锚尾之间的相对伸长量小，所安设的锚杆事实上将不会产生支护作用。
2.锚杆对松动围岩的锚固作用
光弹实验证明，单根锚杆可在弹性体内形成以锚杆两端为顶点的压缩区。在锚杆锚固力的作用下，松散地层中也会产生一个锥形压密区，压缩区内岩层的密实度和强度都有所提高。
3.松软岩层中锚杆的工作过程
在软岩巷道中，伴随着开巷后围岩松动圈的发展，锚杆锚入岩体后受到围岩碎胀变形力的作用而承受拉力。一般松软岩层往往在开巷后1-3个月时间才能形成稳定的松动圈，锚杆安装完成后，将经历剩余松动圈发展的全过程。
锚杆组合
1.锚固层与组合拱概念
在软岩巷道中，伴随着开巷后围岩松动圈的发展，锚杆锚入岩体后因受到围岩碎胀变形力的作用而受到拉伸，反过来，锚杆对围岩产生压应力。松动岩体中，在单根锚杆约束下可以形成一个锥形的压密区，群体锚杆若以适当的间距布置，锚杆群在围岩中形成的双锥体压缩区相互交叉重迭，则能够形成一个连续的、相互重合的层状锚固体，通常称之为“锚固层”。当巷道形状为直线时，该“锚固层”是墙；拱形断面则呈拱形，称之为破裂岩体“组合拱”。锚固层的厚度，与锚杆长度和间排距有关，其间有下列公式的对应关系。
2.锚固体的力学性能实验
松动圈内的岩块既不是连续状态，又不是松散状态，岩体虽然已出现裂缝，但是破裂岩块之间仍处于相互衔接、相互啮合的状态。为较好的模拟松动破裂围岩的这种状态特征，采取先将试块压坏，产生类似于松动圈围岩的破裂缝，尔后继续加载，研究锚固体力学性能的实验方法，从而较好的模拟既开裂又啮合的松动围岩状态。
3.锚杆的组合拱支护原理
（1）组合拱结构承载能力估算。
在松软围岩中，若按照悬吊理论确定支护参数，所定锚杆将因过长而失去普遍应用价值。基于对锚固体力学性能的认识，在大松动圈内可以用小于松动圈厚度的锚杆，将破裂围岩锚固起来，提高其残余强度，形成具有一定承载能力和可塑性的组合拱结构体，用来承受地压、维护围岩。
组合拱的承载能力与组合拱厚度、围岩强度、锚杆应力等因素有关，锚杆锚固力越大，破裂围岩残余强度的提高幅度就越大。组合拱所能承受的荷载，可根据断面形状分别按相应的结构力学原理“直墙拱形结构”或“厚壁筒”计算。
（2）锚杆支护可缩性分析。
锚杆支护可缩性表现在三个方面：实测证实，普通1.6m锚杆，在岩性比较软弱的条件下，不仅锚杆尾端随巷道表面围岩位移而位移，而且其锚固的锚头端，也随着深部岩体的位移而位移，一般如果表面位移量为100mm，围岩深处锚头的位移量常达70-85mm，锚杆杆体伸长量只有15-30mm，巷道收敛并未全部作用于锚杆之上；破碎岩石锚固体本身具有可塑性已为试验所证实；使用高延伸率材质的可塑性锚杆或者是结构可拉伸的可缩性锚杆。
软岩巷道锚网喷支护工业试验证明，当巷道均匀收敛400mm时，仍处于良好的维护状态，锚杆支护具有良好的可缩性。
作用分析
软岩锚杆支护，锚杆形成的锚固层组合拱是支护的主要承载结构，喷层和金属网的作用是维护该组合拱的存在，防止它因岩块冒落而失效。
锚杆对松动围岩的控制范围是有限的，因此在相邻的4根锚杆之间，存在一个四角锥形体的非锚固松弛带，其间任意一块破裂岩块的掉落，都将危及锚杆控制范围内的锚固岩块；一旦锚杆锚固体内的破碎岩块也掉落，锚杆将会因松弛而失去锚固力，原来均匀封闭的组合拱就会变薄或失效，造成锚杆支护失败。
对于锚杆间的松弛区内的岩石，必须用喷层和金属网予以支护。软岩巷道围岩变形量大，脆性的喷层很快会开裂破坏，金属网或钢筋网的敷设，不仅可以支护锚杆间的碎石，提高喷层的抗变形能力，而且又将单个锚杆连接成为一个整体的锚杆群，增强了锚杆支护的总体稳定性，同时也可以使锚杆间的松弛围岩部分地进入支护状态。
软岩巷道喷层支护的首要作用是及时封闭围岩，防止围岩风化潮解；同时作为临时支护，在其保护下进行锚杆安装的施工作业。对锚杆间松弛围岩的支护，主要依靠金属网，因为在大变形挤压作用下，喷层的支护能力较弱。
原则
这两种类型的软岩有别于单纯碎胀型软岩，这里特别强调对地层水、工程水、空气中水分的处理。作好治理与转化工作。
支护的首要任务是防水、治水，将潮湿空气与围岩隔离开来，防止围岩风化、潮解，减少岩体强度的降低。对于这类软岩，如若制水得当，膨胀性软岩可以转化为较易支护的碎胀型软岩；经转化后的膨胀性软岩，如果松动圈不大，支护的阻力并不是一定要很大。
复合型软岩，既有围岩的吸水膨胀性变形，又产生了较大的松动圈，剪胀变形和岩石的吸水膨胀性变形都比较大，须采用防水和支护阻力较强的可塑性支护措施；复合型软岩巷道施工之后一定要加强维护，因为在剪胀变形力作用下，一般用来防水的喷层很快就会开裂破坏，必须及时补喷，这与碎胀型软岩的要求略有不同。
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