淺談煤巷的錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展

張志兵

摘要:該項(xiàng)技術(shù)適用于煤礦巷道及其它地下工程支護(hù)，尤其適用于三軟煤層、高地應(yīng)力、受強(qiáng)烈采動(dòng)影響、綜放窄煤柱護(hù)巷等Ⅲ～Ⅴ類困難復(fù)雜條件下的巷道支護(hù)。我國(guó)研制的高強(qiáng)度錨桿和可伸長(zhǎng)增強(qiáng)錨桿已經(jīng)獲7項(xiàng)實(shí)用新型專利。與錨桿支護(hù)相關(guān)研究課題，已獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：煤巷 錨桿支護(hù) 安全與節(jié)能

0 引言

在巷道支護(hù)中，與傳統(tǒng)的棚式支護(hù)相比，錨桿支護(hù)具有明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性：錨桿支護(hù)屬主動(dòng)支護(hù)，安裝時(shí)施加較大的預(yù)緊力，對(duì)圍巖提供軸向及橫向的支護(hù)阻力。隨圍巖變形，支護(hù)阻力迅速增加，充分發(fā)揮巷道圍巖的自承能力，強(qiáng)化了圍巖強(qiáng)度，有效控制了巷道圍巖變形，因而更有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定、改善巷道維護(hù)狀況。在相同地質(zhì)條件下，錨桿支護(hù)巷道圍巖變形量通常比棚式支架支護(hù)減少一半以上；錨桿支護(hù)所需材料體積小、重量輕，其輔助運(yùn)輸工作量大大降低，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，有利于工效的提高；錨桿支護(hù)沒有棚腿及頂梁，增加了巷道或開切眼有效空間，在開切眼中極大簡(jiǎn)化了支架安裝工序，可有效提高工作面設(shè)備安裝速度，并減小通風(fēng)阻力；錨桿支護(hù)在回采面端頭不需撤棚，節(jié)省了回棚工序，簡(jiǎn)化了工作面端頭管理，加以巷道暢通，因而為提高工作面推進(jìn)速度和礦井高產(chǎn)高效創(chuàng)造了十分有利條件；錨桿支護(hù)可大幅度降低巷道支護(hù)、維修費(fèi)用，提高巷道掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率。

1 主要技術(shù)特征

據(jù)了解，國(guó)內(nèi)主要從80年代初開始從事煤巷錨桿支護(hù)研究工作，迄今，已形成了一套治理軟弱、破碎圍巖巷道的理論及技術(shù)。

針對(duì)采準(zhǔn)巷道圍巖的非均質(zhì)性和分層性質(zhì)顯著、受采動(dòng)影響圍巖應(yīng)力和變形的劇烈變化特點(diǎn)，發(fā)展了采準(zhǔn)巷道礦壓理論。

①巷道圍巖塑性區(qū)首先在軟弱幫、角發(fā)展以及塑性區(qū)分布的不均勻性；

②煤幫塑性區(qū)寬度及應(yīng)力的計(jì)算；

③圍巖在高應(yīng)力作用下不均勻的整體下沉和水平移動(dòng)；

④加固巷道軟弱幫、角控制底鼓的原理。

在錨桿支護(hù)機(jī)理上，提出了巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論。通過錨桿的錨固，強(qiáng)化了錨固體強(qiáng)度，特別是峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，改善了峰后巖體力學(xué)性能，從而提高了圍巖的穩(wěn)定性。

在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)上，發(fā)展了以計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為主，結(jié)合理論計(jì)算和工程類比而形成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。包含以下內(nèi)容和步驟：

①地質(zhì)力學(xué)評(píng)估（含地應(yīng)力測(cè)試）；

②初始設(shè)計(jì)；

③現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)測(cè)；

④信息反饋和修改、完善設(shè)計(jì)。

采用高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度錨桿支護(hù)系統(tǒng)：桿體的最低屈服強(qiáng)度不小于350MPa，桿體直徑較大，一般為20～24mm，最低破斷力230 kN，樹脂藥卷全長(zhǎng)錨固，困難條件下采用錨固力>300kN的錨索

加強(qiáng)支護(hù)。在生產(chǎn)地質(zhì)條件較好時(shí)，也可采用強(qiáng)度較低的端錨錨

桿。

1.1 快速施工

1.1.1 科學(xué)、合理的支護(hù)設(shè)計(jì)，采用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)系統(tǒng)，可顯著降低錨桿支護(hù)密度，并選擇可靠的錨桿施工機(jī)具及快速安裝器，可顯著提高巷道掘進(jìn)速度；

1.1.2 采用可靠的監(jiān)測(cè)手段，大力推廣應(yīng)用頂板離層指示儀、多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)力錨桿等監(jiān)測(cè)儀器，可確保錨桿支護(hù)巷道安全可靠。

1.1.3 堅(jiān)持科學(xué)管理，嚴(yán)格質(zhì)量監(jiān)測(cè)，形成了錨桿支護(hù)從理論到實(shí)踐完善的技術(shù)體系。

1.2 經(jīng)濟(jì)效益顯著

采用高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度錨桿支護(hù)顯著降低了錨桿密度，減少錨桿孔徑和錨固劑用量，控制巷道圍巖變形效果好。困難條件下，科學(xué)的設(shè)計(jì)與嚴(yán)格的施工管理，可做到基本不返修，巷道維護(hù)費(fèi)用低、施工速度快，因而綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2 應(yīng)用情況

2.1 研制和發(fā)展了可延伸增強(qiáng)錨桿、高強(qiáng)度錨桿，掌握了高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿和超高強(qiáng)螺紋鋼錨桿的全套制作技術(shù)。其中，桿體可伸長(zhǎng)錨桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工、使用方便，其力學(xué)性能適應(yīng)回采巷道大變形的特點(diǎn)。目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)6個(gè)礦務(wù)局7個(gè)礦使用，獲直接經(jīng)濟(jì)效益3000余萬元。鑒定意見認(rèn)為：“研究水平和實(shí)用價(jià)值在國(guó)內(nèi)居領(lǐng)先地位”。

2.2 特大斷面開切眼桁架錨桿組合支護(hù)研究，在東龐煤礦特大斷面開切眼（寬度6.8～9.0ｍ，高度3.5ｍ）及交叉點(diǎn)（懸頂面積60ｍ2），采用交錯(cuò)復(fù)式桁架錨桿組合支護(hù)，形成桁架錨桿支護(hù)群體結(jié)構(gòu)。鑒定認(rèn)為：“使我國(guó)在特大斷面開切眼的支護(hù)技術(shù)有了新的突破，在國(guó)內(nèi)屬領(lǐng)先，并已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平”。

2.3 大斷面Ⅳ類回采巷道沿空掘巷錨梁網(wǎng)組合支護(hù)研究，與東龐煤礦合作完成。巷道寬度4.5～5.5ｍ，中高3.5ｍ，一側(cè)為采空區(qū)，煤柱寬度3～5ｍ，采用錨梁網(wǎng)支護(hù)，使巷道頂?shù)装寮皟蓭拖鄬?duì)移近量分別降低了22.2％和39.6％。鑒定意見認(rèn)為：“在大斷面Ⅳ類回采巷道錨梁網(wǎng)支護(hù)方面取得了突破性的進(jìn)展，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平?！?/p>

2.4 Ⅴ類回采巷道聯(lián)合支護(hù)研究，用桿體可伸長(zhǎng)增強(qiáng)錨桿加固巷道軟弱幫角與梯形棚式支架聯(lián)合支護(hù)，在茂名礦務(wù)局、柳新煤礦、大劉莊煤礦均取得了成功，國(guó)家“八五”科技攻關(guān)子專題“極不穩(wěn)定巷道（Ⅴ類）的合理支護(hù)技術(shù)”在徐州礦務(wù)局權(quán)臺(tái)煤礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，采用工字鋼側(cè)向可縮支架、可伸長(zhǎng)增強(qiáng)錨桿、高水速凝材料注漿加固聯(lián)合支護(hù)，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。鑒定認(rèn)為：“在極不穩(wěn)定巷道（Ⅴ類）的支護(hù)理論與支護(hù)技術(shù)方面有新的突破，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平”。

2.5 窄煤柱綜放煤頂巷道錨桿支護(hù)綜合技術(shù)研究，用高強(qiáng)度螺紋鋼桁架錨桿及金屬網(wǎng)配合使用小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索或高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿配合Ｗ鋼帶及金屬網(wǎng)支護(hù)煤頂、用可伸長(zhǎng)增強(qiáng)圓鋼錨桿支護(hù)兩幫，尤其是加強(qiáng)采空區(qū)一側(cè)窄煤柱的穩(wěn)定，破碎地段使用ZKD高水速凝材料注漿加固維護(hù)綜放沿空巷道，目前正在潞安礦務(wù)局及兗州礦務(wù)局進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。其中，與潞安礦務(wù)局合作研究的課題是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的子項(xiàng)目。