淺析錨桿支護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用

柳西學(xué)

摘要：由于錨桿支護(hù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，勞動強(qiáng)度低，對破碎巖體的加固效果較u型鋼被動支護(hù)效果好。因而，在煤礦中得到廣泛的應(yīng)用。文章通過分析煤巷錨桿支護(hù)應(yīng)用現(xiàn)狀及錨桿支護(hù)技術(shù)在改善采掘作業(yè)安全環(huán)境、促進(jìn)采煤生產(chǎn)和掘進(jìn)速度中的需要，針對影響深部高應(yīng)力巷道錨桿支護(hù)的幾個方面，提出了設(shè)計方案及其需注意的幾個問題。

關(guān)鍵詞：煤巷；錨桿支護(hù)；技術(shù)應(yīng)用；錨固劑；預(yù)緊力

中圖分類號：TD353

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)17-0057-02

一、煤巷錨桿支護(hù)應(yīng)用現(xiàn)狀

由于錨桿支護(hù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，勞動強(qiáng)度低，對破碎巖體的加固效果較u型鋼被動支護(hù)效果好。因而，在煤礦中得到廣泛的應(yīng)用。但煤礦的軟巖地層分布十分廣泛，加之占煤礦75％采準(zhǔn)巷道還要經(jīng)受采動的頻繁影響，大部分巷道服務(wù)年限內(nèi)的圍巖變形量都很大，有的甚至冒落無法再利用。因此，研究開發(fā)有效的控制高應(yīng)力、軟巖和采動等大變形巷道的錨桿支護(hù)技術(shù)已成為推動錨桿支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵。

二、影響深部高應(yīng)力巷道錨桿支護(hù)的幾個方面

(一)錨桿種類的選擇

錨桿種類的選擇主要是錨桿的材質(zhì)、直徑、延伸素、讓壓性能、預(yù)緊力的選擇比較以及錨固劑的選擇。隨著近幾年國內(nèi)外各種錨桿的不斷發(fā)展，提供了一定的選擇空間。

1錨桿的讓壓性能。深部高應(yīng)力巷道錨桿支護(hù)的成功與否與錨桿是否具有足夠的高位讓壓性能具有很大的關(guān)系。目前，讓壓錨桿大體上可分為兩類：一種是機(jī)械式讓壓錨桿，即通過給錨桿增加一定附屬裝置或改進(jìn)錨桿的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)；另一種是通過改進(jìn)錨桿的材質(zhì)或桿體形狀，提高錨桿的延伸率，滿足圍巖應(yīng)力釋放的特種錨桿。

2錨桿的預(yù)緊力。較高的錨桿預(yù)緊力可以提供錨桿相應(yīng)的支護(hù)應(yīng)力，阻礙圍巖的變形。對于深部高應(yīng)力巷道的錨桿支護(hù)，施工扭矩為400～600N·m，可以提供30～70KN的預(yù)緊力。目前，增大錨桿預(yù)緊力的辦法，主要是通過增大螺母與托盤的接觸面積和摩擦因數(shù)來實現(xiàn)。例如，在螺母和托盤之間增加阻尼墊圈可提高預(yù)緊力，使用帶有環(huán)形防松墊的快速安裝扭矩螺母也可提高安裝扭矩。

3錨固劑的選擇。由于目前高強(qiáng)錨桿的桿體直徑大都在22mm左右，甚至達(dá)到25mm，使用傳統(tǒng)的錨固劑進(jìn)行攪拌，是比較困難的，應(yīng)選用低黏度的錨固劑。初期高強(qiáng)讓壓錨桿的錨固劑應(yīng)盡量選擇兩塊，第一塊應(yīng)選擇快速或超快速錨固劑，保證錨桿的初期安裝應(yīng)力的迅速試驗，第二塊應(yīng)選用中速或慢速錨固劑，保證錨桿的長時錨固力。在保證錨固力的情況下，兩塊錨固劑的長度應(yīng)盡量減少，以保證錨固劑與托盤之間自由桿體的長度，適應(yīng)圍巖碎脹變形離層能量對空間的需求。二次錨桿應(yīng)選用中速或慢速錨固劑，并盡量進(jìn)行全長錨固。

(二)斷面選擇

對于深部高應(yīng)力巷道的錨桿支護(hù)，在進(jìn)行斷面選擇時，必須考慮巷道的服務(wù)年限和頂?shù)装鍘r性進(jìn)行慎重選擇。對于服務(wù)年限較長的開拓、準(zhǔn)備巷道，應(yīng)盡量選用承壓效果好的圓弧拱斷面。對于回采巷道，頂板完整性較好的巷道，可采用梯形斷面；復(fù)合頂板或破碎頂板的巷道，應(yīng)采用承壓性效果較好的斜切圓拱形斷面。斜切圓弧拱高一般為巷道寬度的2／5～1／4，斜切圓拱形巷道上肩窩部高度達(dá)到煤層頂板，巷道下幫墻高根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計，掘進(jìn)過程中通過控制中部高度實現(xiàn)拱高控制。通過實驗，該斷面承壓效果比梯形斷面要好，缺點是巖石掘進(jìn)量要大，在一定程度上影響掘進(jìn)速度。

三、煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計方法

(一)現(xiàn)有錨桿支護(hù)設(shè)計方法的評價

目前煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計主要以工程類比法和理論分析法為主，不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)實際需要，主要表現(xiàn)在如下兩個方面：第一，用于設(shè)計的基礎(chǔ)參數(shù)是巷道周圍某幾個點(甚至僅一個點)的綜合地質(zhì)技術(shù)資料的平均值，設(shè)計出的錨桿參數(shù)為整條巷道服務(wù)。一方面導(dǎo)致巷道絕大部分區(qū)域設(shè)計的錨桿參數(shù)過高，不但浪費了大量材料，增加了支護(hù)成本，也降低了巷道的掘進(jìn)速度；另一方面又使巷道的某些局部地質(zhì)技術(shù)條件變化區(qū)域設(shè)計的錨桿支護(hù)參數(shù)不足，引發(fā)局部冒頂事故。第二，依據(jù)的基礎(chǔ)性參數(shù)缺乏定量化評價指標(biāo)，導(dǎo)致錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計缺乏科學(xué)、合理和確定性。盡管近年來出現(xiàn)的錨桿支護(hù)動態(tài)設(shè)計法已在我國部分礦區(qū)得到實踐，但實際應(yīng)用效果并不理想。因此，需要使用更可靠的煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計方法，保證設(shè)計的可靠性。

(二)煤巷錨桿支護(hù)“全線信息跟蹤”設(shè)計方法

該設(shè)計方案摒棄了其他設(shè)計方法的缺點，是一種全新的設(shè)計理念與現(xiàn)代信息技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物。設(shè)計步驟如下：

1全面分析基礎(chǔ)地質(zhì)技術(shù)數(shù)據(jù)，不是取各項參數(shù)的平均值，而是將其分成最佳條件和最差條件。

2用工程類比法確定錨桿的初始參數(shù)。

3不斷進(jìn)行現(xiàn)場實測，獲得應(yīng)力、圍巖、支護(hù)三者相互作用結(jié)果的綜合信息。

4根據(jù)實測信息，進(jìn)行支護(hù)效果評價。

5依據(jù)支護(hù)效果評價，用計算機(jī)重新設(shè)計巷道待掘進(jìn)部分的錨桿支護(hù)參數(shù)，并及時調(diào)整已支護(hù)部分的設(shè)計參數(shù)。

與已有的設(shè)計方法相比，該設(shè)計方法優(yōu)點有：設(shè)計的針對性強(qiáng)，設(shè)計的可靠性高，可以預(yù)測巷道頂板圍巖的穩(wěn)定性，有利于科學(xué)化管理，工程質(zhì)量易于保證，簡化了設(shè)計基礎(chǔ)的采集工作。

四、煤巷錨桿支護(hù)需注意的幾個問題

1沿頂板掘進(jìn)，實行光面爆破，以不破壞頂板和少震動巷幫煤體、特別是煤幫為原則，以保證巷道頂板和兩幫的平整，防止巷道周邊應(yīng)力集中，以滿足巷道自身的穩(wěn)定性。

2在斷面設(shè)計上，要確保巷道有足夠的掘進(jìn)斷面，允許巷道有一定的變形量。

3在巷道布置上，要綜合考慮護(hù)巷煤柱的留設(shè)寬度，盡量避免將巷道布置在采動壓力集中區(qū)域內(nèi)。

4根據(jù)煤巷的特點，選擇合理的支護(hù)參數(shù)和支護(hù)形式。在支護(hù)形式上，可采用錨桿、錨網(wǎng)、錨噴、錨網(wǎng)噴等形式。在支護(hù)參數(shù)方面，關(guān)鍵是要確定錨桿的合理長度和排間距，錨桿長度一般應(yīng)大于煤巖松動圈0.2～0.4m，以適應(yīng)動壓對巷道的影響，對破碎的煤巖應(yīng)采用全長錨固錨桿，以對錨桿周圍的煤巖有一個固定作用。錨桿的排間距應(yīng)根據(jù)錨固力大小，梁網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，掘進(jìn)后巷道圍巖松散破碎情況和朔性變形大小確定，一般為0.6～0.8m。錨桿必須要有托護(hù)結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生一定的托錨力。沒有托錨力的注漿鋼絲繩鋪桿由于不能形成主動支護(hù)，因而不能用于煤巷支護(hù)。

5由于煤巷大都采用平頂型斷面，巷道上下幫頂端由于受剪應(yīng)力影響，因此頂板錨桿不宜全部垂直于頂板方向布置，而將靠巷道兩幫的頂板錨桿改成向幫有一個傾斜角度的布置，使錨固端超過兩幫非有效承載寬度，從而使錨固端受到兩幫的有效支撐。

6圍巖出現(xiàn)弱面，特別是出現(xiàn)沿煤巷走向方向的弱面時，必須采用特別加固措施，以防止在弱面處發(fā)生剪切破壞，造成事故。

五、結(jié)論

煤巷支護(hù)有架棚、料石砌碹、錨桿等一系列支護(hù)形式，架棚和料石砌碹等支護(hù)是被動支護(hù)，由于成本高、進(jìn)度慢、消耗體力大、支護(hù)效果差等原因逐漸被淘汰。而錨桿支護(hù)在煤礦巷道支護(hù)中占主導(dǎo)地位，是唯一能實現(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟(jì)的一種支護(hù)形式。

參考文獻(xiàn)

[1]崔光華。王金華，我國煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的基本特點煤礦開采，1999，(12)

[2]潦泰岳，錨桿與圍巖相互作用的數(shù)值模擬[M]，北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002