摩擦式锚杆锚固钢丝绳用于易岩爆地层支护

坦南.,DD 周正行

文章主题:矿井 岩爆地层支护 摩擦式锚杆 锚固钢丝绳

文章内容：叶,缘千一0,/......6.摩擦式锚杆锚固钢丝绳～用于易岩爆地层支护[加拿大].__坦南特等坦1./习1前言目前岩爆依然困扰着加拿大许多矿山.随着矿井采探的加大,岩爆事故也在增多.为此.要采取诸如去应力爆破和高质量的支护等专门措施.尽量减少岩爆危害,加强施工现场的安全.加拿大地质力学研究中心现在正在开展易岩爆地层支护的研究.这是加拿大岩爆研究项目的一部分.对当前国内外矿井支护实践的回顾表明,只有在区域范围内保持对岩石强有力的稳定和支承作用,才能建立起有效的防岩爆支护系统.该支护系统的主要构件是钢筋或支承构件(顶板锚杆,钢丝绳锚杆等).按照常规的静态支护要求.钢筋束必须具有足够的强度能承受住外加载荷(例如重力作用下的岩石攫人).传统的矿井支护设计原则是维护力的平衡.但是.如果遇到岩爆地层.支护体就不能仅仅依靠自身强度,而且还必须有一种变形能力.吸收由岩爆释放出的动能.支护通常不能防范岩爆.除非能抑制它的发生和尽量减少其危害.为此,支护体必须既有一定的强度又能拉伸变形.钢丝绳有很大的抗拉强度.当钢丝绳在锚杆孔内承受拉力时.只要在这种拉力未达到其抗拉强度时钢丝绳能产生滑移,它就可以用到防岩爆支护系统中.然而,在加拿大矿井中钢丝绳锚杆一般都采用水泥砂浆全长锚固.因此不可能产生足够的伸展.而注浆锚固长度在0.5～1.之闯通常就足以使钢丝绳充分发挥其伸展能力了.由于钢丝绳锚杆的长度远大于这个注浆锚固长度,而且一24一钢丝绳一般不会从水泥砂浆段中拉脱.所以钢丝绳只有受到10--15长的轴向变形后才会失效.当钢丝绳锚杆的作用是要强化和加固岩体时.这种颇为刚性的特点用在支护上是有益的.但是,缺乏延展性使之不能胜任岩爆地层的支护.2摩攘式锚杆锚固钢丝绳采用摩擦式锚固取代水泥砂浆锚固,允许钢丝绳锚杆在钻孔内产生滑移,使之更能伸展.在理论上.欲达到这一点,只要水泥砂浆段短于临界注浆长度即可.这样做虽不是不可能.但锚固段太短难以保证产生足够的锚固力.而用摩擦式锚固代之,对钢丝绳锚杆来说更可靠更有实效.用摩擦式锚杆锚固钢丝绳.锚固长度可以精确设计.安装时也便于掌握.钢丝绳强度不如钢索.但延展性要好得多.而这正是锚杆支护系统所要求的.靠锚杆(如缝管式锚杆)的摩擦力锚固在岩层中的钢丝绳悬吊装置已用来稳定岩石.摩擦式锚杆牢固地固定住钢丝绳使之不能产生滑动.但是,在发生岩爆时,摩擦式锚杆必须允许钢丝绳在达到其拉伸极限之前产生滑移.这可通过将锚固钢丝绳的摩擦式锚杆长度减短来实现.本文只介绍了用斯韦莱克斯()水胀式锚杆锚固钢丝绳的试验结果.也可以用其它类型如缝管式锚杆锚固.图表示用斯韦莱克斯水涨式锚杆锚固的钢丝绳.这种水胀式锚杆继钢丝绳之后插人钻孔.然后注水使之涨圆,为钢丝绳提供摩擦式锚固.钢丝绳可以比摩擦式锚杆长.还可在顶端锻压上一个金属头.为了能容纳下钢丝绳.钻孔直径应大于通常安装水胀式锚杆的钻孔直径.围1用斯在理论上,摩擦锚固的钢丝绳应该具有防止岩爆所需要的载荷——位移特性.这些特性如图2所示.图中数字1～4突出了钢丝绳用以构成防岩爆支护时最需要的重要特性.肆甩簟围2●攘式钢丝鲺的救荷——位移曲线1)初始弹性作用:钢丝绳在变形小时的初始拔出阻力必须很大.钢丝绳的初始刚度相对较大.为防止岩体过度松动所必需.使钢丝绳在静载荷下能进行有效的支护.图中实线是钢丝绳快速受载时的载荷一位移曲线,虚线则显示出加载速率较低时初始峰值载荷较低.在设计支护系统时.必须使初始峰值载荷在最高速率下不超过钢丝绳的抗拉强度2)摩擦阻力:过峰值后钢丝绳滑移.锚固钢丝绳的摩擦力会小于峰值力,从而也会小于钢丝绳的强度.在理论上,钢丝绳尽管被拔出钻孔,但其滑移阻力应是保持不变.并且几乎尽可能地高.但实际上,由于钢丝绳表面磨光的作用,随着位移的增大摩擦阻力会减小.3)能量消耗:钢丝绳在相对较高的载荷下发生滑移时消耗大量的能量(相当于载荷一位移曲线以下区域).岩爆发生时岩石释放出的动能转变为功,作用在钢丝绳上.使岩爆减缓并最终停止.4)临界阻力:在理论上,钢丝绳在一个预计的位移极限8血上最终达到了它的断裂强度.因此,钢丝绳顶端锻压上一个金属头.在岩爆停止后,就需要由钢丝绳来承受突出岩石的重量.这时的钢丝绳就起到了传统钢丝绳锚杆的作用,凭籍自身的抗拉强度制止由重力造成的潜在的岩层塌落.3拔出试验试验的目的是进行载荷一位移特性曲线的测定.据以对易岩爆地层中用摩擦式锚杆锚固钢丝绳的支护方式作出评价.试验模拟出因岩爆或金属网加载等原因使钢丝绳从钻孔中拔出的模式.试验假定水胀式锚杆周围的岩石未破坏,钢丝绳未发生剪切位移.拔出试验是用来测定用水胀式锚杆锚固的钢丝绳的载荷——位移特性曲线.图3显示拔出试验装置.它使用一个圆筒形液压油触圈3拔出试验装量缸拉拔钢丝绳.由液压油缸产生的加载速率与岩爆发生时预计的岩石突出速度(达10/)相比低得多,但设定测出的载荷——位移曲线是在这些条件下作用的.钢丝绳和水胀式锚杆的安装方法如下:1)带着锻压金属头的钢丝绳先插人钻孔(见图1);2)水胀式锚杆插入钻孔,使钢丝绳嵌进杆体凹槽以便于安装;3)钢丝绳内端超出水胀式锚杆形成一个未锚固段;4)水胀式锚杆(在约30压力下)注水胀圆,紧紧压住钢丝绳.水胀式锚杆杆体上的凹槽足以容纳直径16的钢丝绳,钻孔直径为45.水胀式锚杆端头的焊接套会在钻孔中形成空隙.所以在锚杆安装前要将焊接套锤击成椭圆形.试验用一个行程为150的液压油缸,一个测力计和一个电位计位移传感器.测力计的测量精度为11,位移传感器的精度为±0,5.测力计和位移传感器的测量数据由一台计算机控制的记录仪及一台便携式计算机以每4秒钟一个读数的相同速度记录.拔出试验程序如下:1)试验装置安装在钻孔口上,钢丝绳穿过液压油缸,测力计和夹具;2)楔块插入夹具锥形孔内锁定钢丝绳;3)对准试验装置和钢丝绳施以初始固定载荷;4)测力计和位移传感器与数据记录系统和-机连接5)人工启动液压油缸张拉钢丝绳,开始数据记录工作;6)油缸柱塞完全伸出时停止张拉和数据收集,待柱塞复位