小导管支护构件作用知多少,煤炭人必知!
2018-10-15 10:22
小导管支护由小导管杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带和金属网的个构件组成,小导管支护的作用是由这些构件共同完成的。因此,有必要对小导管支护构件的作用分别进行分析。
 
小导管
 
01小导管杆体的作用
 
对于小导管杆体本身来说,由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸,所以力学上属于杆体。这种构件可以提供两方面的作用,第一是抗拉,其次是抗剪作用。至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小的,可以忽略不计。
 
对于常用直径20mm的小导管杆体,圆钢(Q235)、高强度螺纹钢(BHRB400)、超高强度螺纹钢(BHRB600)的拉断载荷分别为119.4KN、179.1KN、251.3KN,后两者分别是前者的1.5和2.1倍。根据材料力学,对于塑性材料,剪切强度一般是拉伸强度的0.6~0.8倍。对于常用直径20mm的小导管杆体,圆钢(Q235)、高强度螺纹钢(BHRB400)、超高强度螺纹钢(BHRB600)的剪断载荷分别为83.6KN、125.3KN、175.9KN。
 
小导管
 
02小导管托板的作用
 
托板是小导管的重要构件,对小导管支护作用的发挥影响很大。托板的为两个方 面:一是通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面,给小导管提供预紧力,并使预紧力扩散到小导管周围的煤岩体中,从而改善围岩应力状态,抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙张开,实现小导管的主动、及时支护作用;其二是围岩变形使载荷作用在托板上,通过托板将载荷传递到小导管杆体,增大小导管的工作阻力,充分发挥小导管控制围岩变形的作用。
 
托板力学性能应与小导管杆体的性能相匹配,才能充分发挥小导管的支护作用。托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低小导管的作用。对于端部锚固小导管,托板是小导管尾部接触围岩的构件,通过托板给小导管施加预紧力,传递围岩载荷至小导管杆体,托板本身失效,以及托板下方围岩松散脱落,导致托板与表面不紧贴,都会使小导管失去支护作用。对于加长锚固小导管,托板的作用同样重要,通过托板压紧巷道表面给小导管施加预紧力,预紧力对小导管工作阻力和受力分布又产生影响,提高支护效果。
 
托板对全长锚固小导管的受力分布有明显的影响。无托板时小导管轴力在巷道表面处为零,在一定深度达到最大值,剪力在轴力最大处为零;有托板时,由于小导管施加的预紧力和围岩通过托板作用在小导管杆体上的力,使得小导管轴力在巷道表面处达到一定值,而且使小导管轴力最大的位置向孔口移动,更接近巷道表面。
 
小导管
 
03锚固剂作用
 
锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体黏结在一起,使小导管发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定的抗剪和抗拉能力,与小导管共同加固围岩。
 
我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取11.5MPa。如果直径28mm的钻孔中不安装小导管,只注树脂锚固剂,则锚固剂可提供7.08KN的抗拉力。如果直径20mm的杆体,安装在直径28mm的钻孔中,则锚固剂可提供3.47KN的抗拉力。可见锚固剂提供的抗拉力远小于小导管。
 
树脂锚固剂的抗拉强度一般可取35MPa。如果直径28mm的钻孔中不安装小导管,只注树脂锚固剂,则锚固剂可提供21.54KN的抗剪力。如果直径20mm的杆体,安装在直径28mm的钻孔中,则锚固剂可提供10.55KN的抗剪力,分别是圆钢(Q235)、高强度螺纹钢(BHRB400)、超高强度螺纹钢(BHRB600)的剪断载荷的12.4%、8.4%、5.9%。可见锚固剂可提供一定的抗剪能力。
 
小导管
 
04钢带的作用
 
钢带是小导管支护系统中的重要构件,对提高小导管支护整体支护效果、保持围岩的完整性起着关键作用。钢带的作用主要表现在以下3方面:
 
1)小导管预紧力和工作阻力扩散作用。单根小导管作用于巷道表面可近似看成点载荷,钢带可扩大小导管作用范围,实现小导管预紧力和工作阻力扩散,使载荷趋于均匀。
 
2)支护巷道表面和改善围岩应力状态作用。钢带对巷道表面提供支护,抑制浅部岩层离层、裂隙张开,保持围岩的完整性,减少岩层弯曲引起的拉伸破坏,改善岩层应力状态,防止小导管间松动岩块掉落。
 
3)均衡小导管受力和提高整体支护作用。钢带将数根小导管连接在一起,可均衡小导管受力,共间形成组合支护系统,提高整体支护能力。

 
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05网的作用
 
一般认为,网可以用来维护小导管间的围岩,防止松动小岩块掉落。其实,网的作用远不止这一个,特别是在高地应力、破碎围岩条件下,网是小导管支护系统中不可或缺的重要部件。
 
小导管
 
网的作用主要表现在以下3方面:
 
1)维护小导管之间的围岩,防止破碎岩块垮落。
2)紧贴巷道表面,提供一定的支护力(已有的研究成果表明,我国现用菱形金属网,在保证施工质量的条件下,可提供0.01 MPa的支护力),一定程度上改善巷道表面岩层受力状况。同时,将小导管之间岩层的载荷传递给小导管,形成整体支护系统。
3)网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形与破坏,而且对深部围岩也有良好的支护作用。有网的情况下,虽然巷道表面围岩已破坏,但没有松散、跨落,可作为传力介质,使巷道深部围岩仍处三向应力状态,提高岩体的残命强度,显著减小围岩松散、破碎区范围,同时也保证了小导管的锚固效果。实验室试验数据表明,釆用锚网加固的试件在受载破坏时,裂成密集的细柱状杆系,残体较完整,残余强度为极限抗压强度的的1/4左右;无网小导管加固试件残体不完整,无明显的残余强度。如果没有金属网或金属网失效,围岩破坏会从表面发展到深部,逐渐破碎、松散,失去强度,导致围岩垮落,小导管失效。
 
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