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锚杆锚固失效因素分析: 论文关键词锚杆 支护 锚固 锚固力 失效论文摘要锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用。随着巷道围岩状态不同，锚杆支护也具有不同的作用基理。文章介绍了锚杆支护基理，并对锚杆锚固失效因素进行了分析。随着矿井支护技术的发展，锚杆支护已经成为井下最为普遍，效果高，操作过程比较容易的一种支护方式，但是这种支护在实际过程中也面临着一些问题，如，不清楚是悬吊作用还是组合梁作用，锚杆长度和锚固长度不够，导致锚杆失效。一根锚杆失效而影响到周围锚杆，进而发生不良连锁反应，三径的不合理选择引起“手套反应”。锚杆承载过程中预应力损失导致锚杆失效。在作业过程中不合理的操作导致锚固失效。1.锚杆支护的作用基理锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用，随着巷道围岩状态不同，锚杆支护也具有不同的作用基理，经典的锚杆基理有悬.吊理论、组合梁(拱)理论。现代的支护理论则强调锚杆与围岩共同作用原理，它们共同变形，由于锚杆的刚度远大于周围围岩，从而在锚杆对围岩施加作用时，一方面改善围岩应力状态，另一方面通过对裂隙岩体施加挤压作用，从而提高围岩抗剪，抗压强度、极大地提高了围岩自身承载能力。巷道开掘后，巷道围岩中应力状态，由原来的三向应力变成二向应力，顶板下位岩层受水平应力作用，岩层容易失稳破坏，锚杆的作用就是在失去一向应力的方向上，给岩层提供一个约束力，来提高岩石强度，使岩层形成能承载的支护结构，锚杆对岩体的加固作用比较复杂，主要体现在:(1)锚杆与岩体组合在一起，提高了岩石的抗变形能力，增强了岩体的整体性。提高了岩体承载作用。(2)由于锚杆的抗拉作用，当锚杆穿破碎岩石，深入稳定层中，对不稳定岩层起悬吊作用。(3)由于锚杆抗剪作用对岩层离层产生一定阻碍作用，增强了岩层间摩擦力，阻止岩层相对位移，使各岩层形成组合梁作用。2.锚杆失效因素分析锚杆支护设计参数选定的不合理性、地质条件的变化、支护材质不合格、施工质量不达设计要求等都是造成锚杆失效的因素。因为支护参数计的合理性直接影响到锚杆支护的效果。所以本文只对锚杆支护设计参数选定的不合理性导致锚杆失效因素进行分析。2.1锚杆支护参数设计不合理锚杆支护参数设计包括:锚杆种类选择、锚杆几何参数、锚杆力学参数、锚杆密度(锚杆间、排距)、锚杆安装角度,钻孔直径、孔深、锚固方式和锚固长度、锚杆预紧扭矩等。锚杆长度根据普通的梁的理论，梁越厚，单层的梁越牢固。那么，通过层与层之间完美粘接的，具有界面的，由多层组成复合梁的结论也是如此。实际中的顶板锚固是处在一个介于有着完善的粘合界面的梁和每一个分层都独立弯曲的梁之间的某个位置。然而，在某种情况下，通过利用较长的锚杆来增加梁的厚度也许不会建立产生任何效果，依据已发现的研究结果，它也许能决定全部的顶板控制。造成这个状态的两个原因:1.假如梁的厚超出某一限制，它就不再是一个正常的习惯上的梁，而且普通梁的概念也不再适用。2.假如锚杆系统赖于长度的增加来提供载荷于顶板。那么，锚杆越长，锚杆中的伸长量也越大，接下来于顶板。那么，描杆越长，锚杆中的伸长量也越大，接下来，大的顶板的变形或分离便会产生，特别是在纹理发育的顶板中。在锚杆的支护密度方面，岩层稳定程度、完整程度不同，支护密度也应该有所区别。因为，锚杆在施工时，锚杆的锚固力还是有差别的，形成锚杆单个作用，在不同锚固力的锚杆的作用下，会使顶板受到剪切而损坏，不能形成完整的支护体。在同等岩性的条件下，每根锚杆的支护半径不同，这就要求有合适的支护密度。如果锚杆密度过大，不但不会加强锚杆的支护效果，还会对顶板造成破坏。锚杆密度过小，则达不到应有的支护效果。锚杆间排距确定的原则主要包括:巷道断面维持原设计不变，保证正常通风、运输;控制支护成本，在现有支护材料不变的前提下仅改变支护参数，确保支护稳定的基础上降低支护成本，提高经济效益;保持现施工方法不变，适当增加间排距，提高单进水平和工效;支护设计必须保证理论成熟、安全可靠、结构合理;先进行方案、设计可行性研究，经研究同意后方可进行试验，分段进行;建立可靠的锚杆监测监控系统，观测锚杆支护体系的稳定性，以便及时修改锚杆支护系统。锚杆直径的选择要做到“三径匹配”，即锚杆直径、钻孔直径、钻头直径三者匹配。三径不匹配，锚杆的锚固长度、锚杆和围岩的结合程度就会偏离设计值，降低锚杆的承载力，当围岩来压时，锚杆易造成失效。由此看出，锚杆支护设计不合理，很难保证锚杆的支护效果，同时，煤矿井下的地质条件是随时变化的，所以，在施工过程中要根据实际情况，及时地修定锚杆支护设计参数。3.锚杆支护预应力导致锚杆失效的因素（1）锚杆预应力小，预应力扩散效果差，支护刚度低，致使锚杆主动支护作用不能充分发挥，不能有效控制围岩离层与破坏锚杆螺纹加工精度低；（2）不同程度地出现锚杆被拉断、剪断和弯曲断裂的现象，表明锚杆强度偏低锚杆受力状态不佳；（3）锚杆虽然实现了加长与全长锚固预应力，不能实现全长预应力锚固，影响锚杆支护；（4）组合构件强度、刚度被拉断、剪断、压穿等现象.但只有锚杆自由段施加、护表面积不够，出现被拉断、剪断、压穿等现象；4. 锚固失效因素分析锚固剂又称作胶泥，由不饱和高分子聚脂树脂、固化剂、填充材料等配比组成，可分为油基锚固剂和水基锚固剂2种，有很多因素导致锚固失效。但本文只对油基树脂锚固剂和预应力锚杆在使用过程中造成锚固失效因素做分析。锚固剂通常包装成圆柱状，内用聚脂薄膜分隔开来的两部分，只有充份搅拌后才能迅速固化，生成锚固力。4.1 油基树脂锚固剂失效因素（1）搅拌时间控制。树脂锚固剂充分搅拌均匀后进行化学反应，并通过逐渐固化，体积有微量收缩，伴随着放热现象，当开始固化瞬间，锚固剂不能受外力搅拌，否则会彻底破坏了锚固剂的力学性能，形成碎砾状固化颗粒，没有粘结力，造成锚固失效。（2）水对锚固剂的影响。树脂锚固剂是一种不溶于水的化学物质，当锚固剂中混入水后，在固化过程中，水由重力作用从胶泥中渗出，固化体中形成很多人小不等的细小气孔，这种气孔减少了锚固剂抗拉强度，抗弯强度、弹性模量和粘结力，氏时间经水浸泡，锚固剂逐步老化，造成失效。因此井下巷适遇含水破碎带时不宜采川树脂锚杆支护。4.2 预应力锚杆的锚固失效因素预应力锚杆由杆体、托盘、螺纹圈组成，树脂锚杆用于巷道支护，除具有一般锚杆悬吊、加拱、围岩加固作用，主要作用是通过锚杆给围岩增加预应力。（1）油脂对锚固剂影响，树脂锚固剂不溶于油脂，锚杆杆体表而由于制造过程中，被油脂污染，降低锚固剂的粘结强度，造成锚固失效。因此，应该严格控制杆体中油脂含量。（2）合理的安排锚杆间距、排距、材质、直径对锚杆支护效果起着决定性作用。（3）钻孔直径，钻孔大，搅拌锚固剂时从钻孔中流出，造成锚固剂固化疏松，减少粘结强度，减少锚固力。钻孔小，锚杆对锚固剂搅拌困难，难以推进药卷至钻孔底，甚至途中固化。（4）“手套效应”锚固剂直径大于杆体直径，杆体插入药卷中，没能搅破外包膜而固化，药膜将孔壁与固化剂完全分开造成失效。（5）安装后应从杆体尾部螺纹施加不小于100 N?m的预应力，保证顶板有足够承载能力，随着地质变化，螺母松弛，造成预应力损失，导致失效。因此定期紧固螺母保持设计预应力。结论由于锚杆支护受多种因素影响，为达到锚