摘 要：预应力锚索施工简便、灵活，工期短、费用低，可以和多种支护形式相结合，支护效果较理想，尤其对困难条件下的巷道加固更具优越性。选用预应力锚索进行加固，能够成功地解决支护难题，收到了较好的支护效果和明显的经济效益。
　　关键词：锚索支护；预应力锚索；
　　中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-10-00-02
　　巷道支护是长期困扰煤炭工业发展的关键技术问题之一，目前已引起岩石力学及采矿工程界的普遍关注。几十年来许多矿井的开发和建设都遇到巷道支护技术这个难关的严重障碍，如沈阳前屯、淮南、淮北等矿区。多年来，许多科研机构的专家、学者都曾作过不懈努力，国家并组织科技攻关。为此工程支护技术取得了长足的进展。但随着我国褐煤田的大量开发，很多处于困难条件下的矿井投入了生产，再加上现有矿井采深的不断加大，都促使巷道支护技术问题日趋突出。因此，全面总结我国支护技术、进一步发展适合我国国情的“综合治理，联合支护，长期监控，因地制宜”的技术路线，使用行之有效的支护方法，必将会推动我国支护技术的发展。
　　我国煤炭工业的蓬勃发展，地质条件日益恶化，褐煤田大量开发，以及采深的不断加大，都促使巷道支护技术问题日趋突出。为了成功地解决支护难题，我矿采用了预应力锚索支护。
　　预应力锚索技术是在预应力钢筋混凝土基础上发展起来的一项岩土锚固技术，目前在岩土工程加固中得到了广泛的应用。其实质是利用锚索预先对围岩施加主动压应力，限制围岩变形。与一般锚杆相比，预应力锚索有两个明显的特点：一是锚索较长，可以穿过松动圈或破碎带到达深部稳定岩层；二是施加了较大的预应力，主动支护作用明显。预应力锚索施工简便、灵活，工期短、费用低，可以和多种支护形式相结合，获得比较理想的支护效果，尤其对困难条件下的巷道加固更具优越性。
　　一、巷道破坏机理分析
　　巷道破坏机理是巷道在原岩应力作用下，按照理论分析，当应力达到一定限度后，随着变形的增大，巷道周围岩体依次存在破裂区、塑性区、弹性区，因此巷道两帮严重塑化是必然的。
　　巷道开挖后，应力发生变化。巷道边缘的径向应力在无支护时下降为零，巷道帮的破坏主要是张性破坏。根据我多年的实践经验得出，当围岩体受力处于σ1=σ2>σ3时，岩石的破坏必定是脆性的，当σ2/σ3>8时，岩石将发生张性破坏。
　　巷道布置在上千米的地下，必然受到地应力的影响，这些应力主要来自地壳活动板块的挤压、拉伸，以及地壳运动中形成的褶皱、褶曲、断层等构造，由于巷道所处位置不同，所受主应力方向及其大小也不相同。巷道开挖以后，处于平衡的岩石受力状态被打破，应力将重新分布，残余应力大则巷道受力大，巷道受力方向与残余应力方向一致，残余应力影响时间与残余应力大小、残余围岩强度有关。巷道失稳的主要原因是来自构造应力的残余应力，其次是松散岩石应力，膨胀应力仅与围岩的矿物成分有关。
　　在设计新的巷道支护时，必须对矿井的构造进行认真分析，然后根据相似模拟、数值模拟，依据工程类比确定支护参数，通过矿压观测优化支护参数。
　　除上述由于构造应力的残余应力、重力及膨胀性粘土矿物的膨胀应力严重影响巷道的稳定性外，还有许多因素也会影响巷道的稳定，甚至使巷道严重失稳。
　　现采煤队施工的巷道顶板下沉量较大，使用锚杆支护已出现顶板下沉、开裂、变形等破坏现象，如不及时进行加强支护，势必导致破坏程度加大，并影响施工正常进行。根据现场实际情况，原计划采用架木棚进行加强支护，但因该方案使巷道净断面缩小，并且影响施工进度，后来经过分析研究，决定采用预应力锚索进行加强支护。
　　二、锚索设计
　　锚索与顶板岩石相互作用机理在不同阶段有所不同，在早期，由于巷道顶板破坏范围小，锚索的主要作用是控制顶板下部岩体的错动和离层失稳的发生；在中期，岩层产生了一定的变形，由于岩石的流变效应，随着时间的推移，其强度不断降低，当锚索深入到稳定岩层时，悬吊作用处于主要地位，同时由于锚索的径向和切向约束，阻止了破坏区岩层离层和错动；在后期，围岩变形增加，锚索受力亦增加，在设计合理情况下，只要锚索不产生破坏，围岩的稳定层依然在锚索的控制范围内，仍可起悬吊作用，若稳定层上移，使锚索完全处于破坏层内，则锚索和破坏岩体仍可形成承载圈，具有一定的承载力。
　　三、锚索施工
　　预应力锚索施工可分为三道主要工序：1）钻孔；2）锚索安装；3）预应力张拉。
　　1）钻孔
　　按照设计的锚索孔位、倾角等数据确定钻机位置，钻进高边帮及顶部钻孔时，需要搭设工作平台，其高度根据开孔位置和钻机接卸钻杆的最低要求而定，要求平台稳固、牢靠。
　　钻孔时，开孔位置沿横断面方向偏差不大于100㎜，沿纵向方向偏差不大于50㎜，钻孔倾角误差不大于±2°，开孔孔径为Φ30㎜，孔深应大于等于设计孔深，以保证锚索安装到位。
　　2）锚索安装
　　锚索杆体采用Φ15.2钢绞线，每根锚索由3股钢绞线组成。钢绞线外观不得有死弯、明显裂痕和油渍。钢绞线截断最好有砂轮切割机，也可用钢锯或切割，但端頭不得有残渣，以防钢绞线直径增大，影响穿锚具。
　　安装前，检查钻孔附近有无浮矸，孔深是否达到设计要求。检查合格后，人工将锚固剂送入孔中，尔后送入钢绞线并迅速搅拌，待锚固剂全部凝固后，根据每根锚索的位置和倾角，安装槽钢、垫板和锚具。
　　3）预应力张拉
　　当锚索达到一定强度后，进行预应力张拉。由于井下巷道作业空间小、施工不便，选用小型机具张拉。等30min树脂锚固剂养护好后，再装托梁、托盘、锁具，并使它们紧贴顶板，挂上张拉千斤顶，开泵进行张拉，同时观测压力表读数，若千斤顶行程不够，应迅速回程，然后继续张拉，直到设计预拉力，停止张拉，张拉后，锚具外露钢绞线保留250㎜，多余部分用切割器割掉，然后卸下千斤顶，完成锚索安装。
　　四、施工安全技术措施
　　预应力锚索施工关键工序为钻孔和安装搅拌。为了保证工程质量，施工中严把质量关，每道工序经技术人员检查合格后，方可进行下一道工序的施工。
　　1）施工前组织培训，使作业人员熟习锚索施工各工序的要求。
　　2）施工时，要严格按照锚索施工工序施工，技术人员要做好每道工序的原始技术资料记录。
　　3）钻孔时，要清理孔口及钻机附近顶板和帮上的浮矸，避免掉块伤人。钻机固定要牢靠，钻机在平台上钻孔时，平台下严禁人员通行。
　　4）锚索安装到位后，锚固剂终凝前，严禁晃动锚索。
　　5）预应力张拉时，千斤顶后方45°范围内严禁站人。
　　6）锚索施工完毕后，及时将外露的锚具及钢绞线封实，以防生锈失效。
　　五、结语
　　锚索支护技术的成功应用，产生了较好的社会效益，不仅提高了对矿井支护技术的认识，更重要的是为雁南煤矿今后在矿井深部开发时解决支护难题进行了有益尝试，将为延续矿井生命、开拓布局、高产稳产发挥重要作用。
　　作者简介：姓名：高云飞；性别：男；职称：工程师；学历：本科；专业：采矿工程；职务：副总工程师。