刘天奇
贵州省六盘水市六枝特区能源综合服务中心 贵州 六盘水 553400
摘要：锚杆支护作为一种主动支护方式，在控制围岩变形、降低施工成本、改善作业环境方面具有明显优势，但随着深埋大变形巷道的日趋增多，锚杆支护在工程应用中也存在着一定问题。
虽然在锚杆支护系统中，锚杆是最重要的支护构件，但在深埋巷道中，随着地应力的增大，纯锚杆支护很难有效控制围岩变形，必须要与托盘、钢梁等护表构件配合使用，共同提供支护作用力，充分发挥锚杆主动支护的作用效果。
关键词：托盘；自旋锚杆；巷道；支护
引言
锚杆支护是我国煤矿巷道最主要的支护方式，已占煤矿巷道支护总量的70%以上。我国煤矿数量众多，巷道围岩地质与生产条件相差很大。为了满足不同类型煤矿巷道支护的要求，开发了多种形式的锚杆，按锚杆杆体强度划分，就有低强度、高强度及强力锚杆等类型，在安全、高效矿井建设与生产中起到了重要作用。
1高预应力可协调变形锚固体系的设计思路
针对常规锚固支护体系的缺陷，设计研发出高预应力可协调变形锚固体系，它包括平直自旋锚杆、大开孔蝶形托盘和单面球形螺母。平直自旋段是实心杆身的圆周面上设置有螺旋状旋丝锚叶的螺纹钢杆，平直自旋锚杆杆体尾端与大开孔蝶形托盘、单面球形螺母连接。大开孔蝶形托盘一面为平面结构，另一面为弧面结构，托盘中心设置有可用于平直自旋锚杆杆体角度转动的通孔，通孔直径为平直自旋锚杆杆体直径的１．５倍。单面球形螺母一端为球面蘑菇头状，另一端为正六边形柱体结构，单面球形螺母的球面蘑菇头状一端与大开孔蝶形托盘的弧面相接触。
2煤矿巷道掘进的工艺规程
2.1掘进准备
在进行实际的挖掘活动以前，需要针对挖掘活动辐射到的有关机械设施和安保性用电等环节实施整体性的监测活动，尽最大努力彻底性的规避不良安全状况的存在。然后就是针对相关的工作者实施选拔活动，必须选拔专业技术高的工作者来进行工作。
2.2掘进要求
第一，在进行挖掘期间，有关的机械设施运转的过程中，禁止针对正在工作的机械与设施的零件实行拆卸与清理等活动;严禁触碰、接近与跨越正在运转的皮带和各类处于转动状态的部分;禁止针对正在实施传送活动的皮带实施触碰、拨动行为;禁止在进行打蜡和挂皮带时佩戴手套;需要配置具有高压的胶管或者水龙头的应停机，禁止手持;第二，在进行机器设施的应用期间，需要确保设施的零件，比如，液压锁、同步阀、油缸等核心的设施零件，假如在工作中必须对设施进行零件的更新，必须要确保部件的型号和原来的保持一致。同时，在对部件进行更新期间，必须确保液压元件处在无压的情况，预防安保状况的发生。
3高预应力可协调变形锚固体系的工程特点
高预应力可协调变形锚固体系工程特点主要有：
1）类桁架可转动式锚杆托盘
高预应力可协调变形锚固体系中由于采用了大开孔蝶形托盘的设计，因此当围岩变形时，锚杆可在托盘通孔中大角度转动，同时单面球形螺母球面设计使得锚杆与托盘之间进一步减小了转动摩擦力，使锚杆支护系统由过去无法改变支护方向的刚性结构变成了可以转动的类桁架结构。
２）多点摩擦原理下的高锚固力
高预应力可协调变形锚固体系的锚固力由旋丝锚固力和锚固剂锚固力两部分组成。在实际施工过程中，通过平直自旋段旋丝刻入岩层之中，可即时承载。岩层挤压旋丝形成多点摩擦，增强了预应力效应，同时锚固力可随着围岩变形而增加，实现了高锚固力的技术特点。
３）锚杆受力持续协调变形性
高预应力可协调变形锚固体系的锚杆支护系统利用大开孔蝶形托盘设计，可使平直自旋锚杆杆体在大开孔蝶形托盘的通孔中完成大角度的转动，实现锚杆与围岩长时间的变形协调，在提高锚杆锚固力的基础上，进一步提高了锚杆支护的安全性与可靠性。
4锚杆尾部构件匹配性试验与分析
4.1杆体尾部螺纹与螺母匹配性
4.1.1试验方法与内容
锚杆杆体试件为直径22mm、长度400mm的BHＲB500型螺纹钢，其中螺纹段长度为80mm，规格为M24，三角形螺纹，螺距3mm。螺母试件为不同强度、厚度、形状及参数的螺母。制作专门的夹具，在材料试验机上对螺纹连接件进行拉伸试验。试验内容包括:不同螺母强度等级、螺纹齿牙高度、螺母厚度及螺母形状对螺纹连接力学性能的影响。
4.1.2试验结果及分析
(1)螺母强度。
螺母强度等级有3种:5级、6级和8级，其他参数相同。
螺母强度等级为5级时，随着拉伸载荷增加，连接件位移不断增大;当达到杆体屈服载荷时，发生了显著位移而载荷变化不大;之后，载荷继续增加，位移进一步增大，但载荷增加速率降低;当载荷达到最大值时，螺母前几圈螺纹齿牙发生破坏，导致载荷突然急剧下降到最大值的50%左右。
5级强度螺母变形与破坏状况Fig.12Deformedanddamagedboltnutwithstrengthgradeof5螺母强度等级为6，8级时，曲线可分为5个阶段:第1为拉紧阶段，随着拉伸载荷从0开始增大，连接件位移增加较快，杆尾螺纹与螺母之间的间隙被消除;第2为线性阶段，连接件位移随着载荷增加基本线性增加，直到杆体螺纹屈服;第3为屈服阶段，连接件位移明显增加，但载荷变化不大;第4为杆体螺纹硬化阶段，随着载荷继续增加，位移进一步增大，但位移增加速率远大于第2阶段，直至最大载荷;第五为破断阶段，当载荷达到最大值后，杆尾螺纹出现明显的颈缩，载荷迅速降低直至拉断。在拉伸试验的全过程，螺纹连接始终完好，没有发生脱扣现象，可见，对于BHＲB500型锚杆，6级、8级螺母均能满足要求，而6级是与杆体螺纹匹配的最低螺母强度等级。
(2)螺母厚度与形状。
对强度等级为6级，厚度为20，30mm的2种M24型螺母组成的螺纹连接件进行了拉伸试验。试验结果表明，2种试件螺纹均没有发生明显的相对位移，承载能力能够达到杆尾螺纹的破断载荷。可见，在拉伸状态下螺母厚度对连接件的力学性能影响不大。但在弯曲、扭转等复杂受力状态下还需进一步研究与试验。
4.2杆体尾部螺纹与托板及球形垫圈匹配性
由于井下巷道表面大都不平整，而且锚杆安装角度也有一定误差，因此，绝大部分锚杆杆体不与巷道表面垂直，在安装过程中锚杆尾部会出现一定程度的弯曲变形。此时，杆体尾部螺纹、托板及球形垫圈的匹配性对锚杆受力状态影响十分明显。
结语
１）高预应力可协调变形锚固体系中采用了大开孔蝶形托盘和单面球形螺母球面的特殊设计，当围岩变形时，锚杆可在托盘通孔中完成大角度的转动，可使锚杆支护系统由过去无法改变支护方向的刚性结构变成可以转动的类桁架结构。
２）高预应力可协调变形锚固体系将旋丝锚叶形式应用于锚杆杆体，旋丝与锚固剂共同发挥锚固作用。锚杆安装后可立即施加较高的预应力，使围岩由双向应力转为三向应力状态，提高软弱岩体的抗剪性能，相比于普通锚杆，在不增加锚杆支护密度和锚杆直径的前提下，锚固力可以提高１５％～２０％。
参考文献
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［2］康红普，王金华，林健．高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用［J］．煤炭学报，2007，32(12):1233－1238．
［3］范明建．锚杆预应力与巷道支护效果的关系研究［D］．北京:煤炭科学研究总院，2007．