煤礦大斷面巷道支護(hù)技術(shù)的分析

孫中博

摘 要：分析了煤礦大斷面巷道掘進(jìn)中錨桿支護(hù)理論及影響巷道支護(hù)效果的因素，闡述了對(duì)其控制的一些措施。

關(guān)鍵詞：大斷面巷道；掘進(jìn)；錨桿支護(hù)；圍巖

在我國(guó)煤炭開采中，井工開采占主要部分。為滿足安全生產(chǎn)需求，需施工大量巷道。隨著煤礦機(jī)械化程度提高、開采強(qiáng)度的加大，為保障通風(fēng)、運(yùn)料及行人安全等，對(duì)巷道的斷面的要求越來(lái)越大。錨桿支護(hù)作為一項(xiàng)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)技術(shù)，支護(hù)效果好、成本低又能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等諸多特點(diǎn)為大斷面掘進(jìn)支護(hù)提供了技術(shù)保障。但隨著開掘的深度加大，加之受采動(dòng)的干擾，及沿空掘巷等復(fù)雜巷道的要求，現(xiàn)有的錨桿支護(hù)系統(tǒng)亟需改進(jìn)以適應(yīng)現(xiàn)階段大斷面巷道開掘的需要。

1 傳統(tǒng)的錨桿的支護(hù)理論

錨桿支護(hù)理論的研究是了解錨桿與圍巖的相互關(guān)系，分析巷道變形與破壞的特征和規(guī)律，為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)理論主要有以下幾種：

（1）懸吊理論。該理論認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用是將由于開掘擾動(dòng)等造成的不穩(wěn)定的巖塊懸吊在上部穩(wěn)定的巖層中，用錨桿來(lái)承載巷道破碎圍巖的重量防止其冒落。

（2）組合梁理論。該理論適用于層狀巖層，將頂板看作是由巷道兩幫為支點(diǎn)的疊合梁，通過(guò)錨桿提供的軸向力作用約束巖層產(chǎn)生離層，增大各巖層間的摩擦力，同時(shí)錨桿桿體提供的抗剪力阻止巖層間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而將疊合梁轉(zhuǎn)化為組合梁。

（3）組合拱理論。該理論認(rèn)為在松散、破碎的巖層中施工錨桿，只要錨桿密度合適，各錨桿形成承載結(jié)構(gòu)互相重疊，就能在巖體中生成一個(gè)連續(xù)的、具有一定自承能力的均勻壓縮帶。它可以承受破碎區(qū)上部巖石的載荷。

（4）其他理論。隨著錨桿支護(hù)理論的不斷研究發(fā)展，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者們對(duì)其作用機(jī)理做了大量的研究和探討，根據(jù)地質(zhì)條件及構(gòu)造等因素的異常而使得錨桿的作用機(jī)理不同，從而提出了松動(dòng)圈支護(hù)理論、最大水平應(yīng)力理論、圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論等。

2 大斷面巷道錨桿支護(hù)現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有的錨桿支護(hù)理論在井工開采巷道支護(hù)實(shí)際施工過(guò)程中解決了不少的難題，在一些相對(duì)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單的地區(qū)還在沿用作為其支護(hù)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。近年煤礦開采的深度及強(qiáng)度不斷增加，為滿足大型機(jī)械化、通風(fēng)及行人，巷道斷面不斷增大，傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)在高應(yīng)力地區(qū)大斷面復(fù)雜巷道中支護(hù)效果差，在一些地區(qū)巷道圍巖嚴(yán)重變形，甚至有些巷道需要二次支護(hù)整修才能滿足生產(chǎn)需要，大大增加了支護(hù)成本，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。造成這種現(xiàn)狀的原因如下：

（1）大斷面中的支護(hù)理論是以現(xiàn)有的理論為支撐，進(jìn)行的簡(jiǎn)單相應(yīng)支護(hù)強(qiáng)度增加。煤礦煤系地層具有復(fù)雜的地質(zhì)條件，造成巷道圍巖穩(wěn)定性差、圍巖變形和圍巖破壞強(qiáng)烈的機(jī)理也各有不同。在巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)錨桿作用機(jī)理認(rèn)識(shí)不深僅憑經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)的理論依據(jù)，盲目的采用工程類比法，可靠性、合理性及科學(xué)性差。

（2）地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)不完善導(dǎo)致支護(hù)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)合理性。地層中煤巖體受多種地質(zhì)條件影響從而形成一個(gè)復(fù)雜的平衡狀態(tài)，在巷道布置與設(shè)計(jì)初期，煤礦設(shè)計(jì)部門對(duì)圍巖受力狀態(tài)不是充分了解，很少采用技術(shù)手段對(duì)不同地區(qū)的圍巖強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)、最大剪應(yīng)力方向及層理構(gòu)造等進(jìn)行測(cè)試，對(duì)一些圍巖狀態(tài)不能及時(shí)采取針對(duì)性措施，從而增加了支護(hù)難度，降低了圍巖的支護(hù)效果。

（3）在實(shí)際錨桿支護(hù)施工過(guò)程中，受現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件、錨桿機(jī)具、施工工藝流程、操作人施工質(zhì)量等影響，錨桿支護(hù)強(qiáng)度很難達(dá)到要求。如根據(jù)作用機(jī)理不同巷道頂部?jī)啥思暗撞垮^桿施工要求一定的角度，現(xiàn)場(chǎng)施工中角度與設(shè)計(jì)偏差較大影響其抗拉抗剪作用；托盤作為錨桿支護(hù)中的重要構(gòu)件，對(duì)支護(hù)作用的發(fā)揮有很大影響，若不按設(shè)計(jì)要求，受較大偏載或與煤壁表面不緊貼等都會(huì)使錨桿支護(hù)作用大大折扣，使錨桿不能“主動(dòng)”發(fā)揮作用，減弱對(duì)巷道圍巖的抑制作用。

3 大斷面巷道支護(hù)改進(jìn)方向的建議

（1）選擇適合的支護(hù)理論。錨桿支護(hù)是現(xiàn)階段大斷面巷道支護(hù)最有效的支護(hù)方式。懸吊理論、組合梁理論等傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)理論都是基于某種假說(shuō)為基礎(chǔ)，懸吊理論沒(méi)有考慮錨桿的抗剪能力及對(duì)破碎圍巖體整體強(qiáng)度的改變；組合梁理論只適合于層狀頂板等等，這些理論都存在一定的局限性，不能適應(yīng)井下復(fù)雜多變的地質(zhì)條件。支護(hù)理論的選擇要弄清施工巷道地區(qū)的巖性特征，圍巖體的應(yīng)力特性，經(jīng)過(guò)大量的理論分析、數(shù)值模擬及試驗(yàn)認(rèn)識(shí)錨桿的作用機(jī)理。

（2）加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。影響巷道支護(hù)效果的地質(zhì)條件是復(fù)雜多樣的，巷道在開掘過(guò)程中，地質(zhì)構(gòu)造、巖體的層理都在不斷變化，造成圍巖變形破壞的因素也是多種多樣，我們應(yīng)根據(jù)巷道圍巖特性的變化而采取不同的支護(hù)措施，從而達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果。

（3）減少人為因素多巷道支護(hù)效果的影響。首先要完善和發(fā)展配套的錨桿施工機(jī)具，提高錨桿支護(hù)的預(yù)緊力，只有高的預(yù)緊力才能充分發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用，從而變“被動(dòng)”為“主動(dòng)”。有利于巷道圍巖變形控制，盡量保持圍巖的完整性，充分發(fā)揮圍巖的自承能力。再者要優(yōu)化施工工藝，對(duì)巷道頂幫第一時(shí)間進(jìn)行支護(hù)，減少空頂空幫時(shí)間。最后要加強(qiáng)職工的基本素質(zhì)培訓(xùn)，通過(guò)課堂講解使工人了解錨桿支護(hù)機(jī)理，認(rèn)識(shí)到錨桿施工質(zhì)量對(duì)巷道支護(hù)效果的重要性。從而在現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程中，自覺的按照支護(hù)設(shè)計(jì)要求施工，提高錨桿的支護(hù)作用。

（4）創(chuàng)新錨桿支護(hù)技術(shù)。通過(guò)對(duì)新技術(shù)的學(xué)習(xí)，施工工藝的改良，設(shè)備的更新來(lái)不斷完善和發(fā)展錨桿支護(hù)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]康紅普，王金華，等.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社，2007，11.

[2]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003，11.

[3]王金華.我國(guó)煤巷機(jī)械化掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)狀及錨桿支護(hù)技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2004，31（1）.

[4]侯朝炯，郭勵(lì)生，勾攀峰.煤巷錨桿支護(hù)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999，2.