煤礦工程中的錨桿支護(hù)成套技術(shù)應(yīng)用

李 賓

（中國神華神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦，陜西 榆林 719315）

煤礦工程中的錨桿支護(hù)成套技術(shù)應(yīng)用

李 賓

（中國神華神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦，陜西 榆林 719315）

摘 要：錨桿技術(shù)在煤礦工程中發(fā)護(hù)著重要作用，本文首先介紹了其優(yōu)點和缺點，以及作用機(jī)理。然后從錨桿支護(hù)設(shè)計、材料選擇、圍巖地質(zhì)力學(xué)測試等幾方面對錨桿支護(hù)成套技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)成套技術(shù)；礦壓監(jiān)測；巷道支護(hù)

煤是我國的主要能源，隨著煤礦開采行業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多開采技術(shù)，為我國煤礦事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。煤礦開采存在有一定的風(fēng)險性，如何在安全開采的基礎(chǔ)上減少成本，以最低消耗取得最好效果是當(dāng)前應(yīng)考慮的重點。巷道支護(hù)是煤礦開采的關(guān)鍵，巷道支護(hù)技術(shù)也備受關(guān)注，錨桿支護(hù)技術(shù)憑借高質(zhì)量、低成本等優(yōu)勢在近些年被廣泛使用，為煤礦企業(yè)帶來了巨大效益。

1 錨桿支護(hù)技術(shù)

在煤礦開采中，通常需要挖掘一定的通道，即為巷道。巷道直接關(guān)系著運(yùn)輸效率和作業(yè)人員的生命安全，為防止周圍巖石塌落，需對其進(jìn)行安全支護(hù)。在不斷探索中，有很多種支護(hù)方法，如架設(shè)棚式支架、錨桿支護(hù)等，后者是當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的一種。錨桿支護(hù)主要是對巷道圍巖進(jìn)行加固，控制其變形、位移，維持其穩(wěn)定性而采用的一種支護(hù)方法。先在巷道頂板及兩幫打孔，然后是用樹脂將錨桿錨固到巷道圍巖穩(wěn)定的巖層或煤層中，以起到支護(hù)作用。

1.1 作用機(jī)理

關(guān)于錨桿支護(hù)技術(shù)的作用機(jī)理，可從以下幾方面了解：

①巷道圍巖在挖掘中可能會出現(xiàn)滑移、變形、張裂等現(xiàn)象，通過錨桿支護(hù)，可生成次生承載層，對以上現(xiàn)象加以控制，以維持圍巖結(jié)構(gòu)的完整。這家要求錨桿自身的剛度和強(qiáng)度必須要高，有足夠的預(yù)緊力和破斷力。

②錨桿可有效提高錨固區(qū)周圍的巖體的粘聚力和強(qiáng)度，但主要用于低強(qiáng)度的巖體或煤體。在對中高強(qiáng)度的巖石進(jìn)行錨固時，其作用并不十分明顯。在加固不連續(xù)面時，錨桿主要依靠其自身的軸向力和切向力來實現(xiàn)，在使其不滑動的前提下可有效提高結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，進(jìn)而保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

③為分擔(dān)錨桿承擔(dān)的荷載，擴(kuò)大其作用范圍，可使用鋼帶，使荷載趨于均勻，進(jìn)而形成組合支護(hù)系統(tǒng)，以降低因巖石彎曲造成的拉伸破壞。錨索是連接圍巖和次生承載層的關(guān)鍵部分，可充分調(diào)動深部圍巖的承載能力。

1.2 優(yōu)勢及不足

與傳統(tǒng)的棚式支護(hù)方法相比，錨桿支護(hù)更加科學(xué)，具有較高的經(jīng)濟(jì)實用性，無需過多設(shè)備裝置，成本較低；錨桿支護(hù)技術(shù)比較靈活，因是主動支護(hù)，實際使用時可結(jié)合具體情況加以調(diào)整，且工具制作的時間較短，容易操作；圍巖的形狀較為復(fù)雜，錨桿支護(hù)通過調(diào)整可增加支護(hù)阻力，以提高圍巖的承載力，維持圍巖的穩(wěn)定；耗費(fèi)能源較少，不會對周圍環(huán)境有嚴(yán)重的污染。其不足之處在于對周圍的條件匹配程度要求過高。

2 錨桿支護(hù)成套技術(shù)分析

在多年的實踐中，錨桿支護(hù)技術(shù)日臻成熟，取得了顯著成就，對其理論和成果進(jìn)行總結(jié)分析，形成了一套系統(tǒng)化的錨桿支護(hù)成套技術(shù)，同時制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和制度，以推動該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。成套技術(shù)結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，涉及諸多領(lǐng)域，如錨桿支護(hù)設(shè)計、施工器械、礦壓檢測、圍巖地質(zhì)力學(xué)測試、工程質(zhì)量檢測等。

2.1 錨桿支護(hù)的設(shè)計

從當(dāng)前煤礦開采狀況來看，巷道錨桿支護(hù)在設(shè)計時以動態(tài)信息法為主，即設(shè)計是一個動態(tài)工程，并非一次性完成。如此可實時收集所需信息，分析后對每個過程中的信息進(jìn)行充分利用，以達(dá)到預(yù)期目的。設(shè)計的關(guān)鍵在于錨桿和錨索支護(hù)各項構(gòu)件的匹配程度，若匹配程度較低，極易影響到整體支護(hù)效果。因此，錨桿托板、錨固劑以及螺母或其他組合構(gòu)件，在力學(xué)性能及力學(xué)參數(shù)上都需和桿體強(qiáng)度相匹配。這些部件之間也同樣應(yīng)保持高度的匹配。如采用的錨桿強(qiáng)度和預(yù)應(yīng)力均較高，則托板應(yīng)使用高強(qiáng)度的拱形托板，組合構(gòu)件可選擇相配套的W型鋼帶，金屬網(wǎng)則使用同等強(qiáng)度的鋼筋網(wǎng)，令配備高強(qiáng)度螺母。若采用高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度的錨索，應(yīng)選擇高強(qiáng)度的拱形托板。需確保每一項構(gòu)件的完整性和穩(wěn)定性，一旦出現(xiàn)問題，必會影響整體效果。

2.2 圍巖地質(zhì)力學(xué)測試

測試對象有煤巖強(qiáng)度、地應(yīng)力、結(jié)構(gòu)測量等。以地應(yīng)力測試為例，在井下采礦中，應(yīng)力解除法和水壓致裂法是較為常用的方法。應(yīng)力解除法是指借助專業(yè)的測量儀器對原巖應(yīng)力及次生應(yīng)力進(jìn)行測試。而煤巖結(jié)構(gòu)測量，隨著測量難度的增加和技術(shù)的發(fā)展，各種高科技測量設(shè)備相繼出現(xiàn)，如礦用電子鉆孔窺視儀，在測量煤巖的層理、離層以及縫隙時，因測速快、精確度高等優(yōu)勢被廣泛使用。圍巖地質(zhì)力學(xué)測試極為重要，只有準(zhǔn)確掌握了各項參數(shù)，才能更加科學(xué)地對巷道支護(hù)進(jìn)行布置。

2.3 錨桿支護(hù)的材料

選擇何種材料是錨桿支護(hù)發(fā)揮其作用的前提，材料優(yōu)劣與支護(hù)結(jié)果有關(guān)，傳統(tǒng)的支護(hù)材料強(qiáng)度較低，逐漸發(fā)展成為高強(qiáng)度以及高預(yù)應(yīng)力。在過去的煤礦作業(yè)中，經(jīng)常會使用普通的Q235圓鋼黏結(jié)式錨桿，當(dāng)前在少數(shù)礦區(qū)依舊有所應(yīng)用。然而，現(xiàn)代煤礦開采條件越來越復(fù)雜，以往的材料難以滿足新的要求，因此研制出許多新型材料的錨桿。如高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)系列材料。通過桿結(jié)構(gòu)與形式優(yōu)化，可使錨固效果有明顯的提升；開發(fā)錨桿專用鋼材，可達(dá)到高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度的級別。在預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方面，目前已生產(chǎn)出專用于煤礦開采的大直徑、高噸位錨索，其直徑最大有22mm，能夠拉斷重600kN。

2.4 錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)

在松散破碎的煤巖體中挖掘巷道，如果只采用錨桿支護(hù)技術(shù)，可能達(dá)不到理想效果。在新建或維修損壞的巷道時，僅使用錨桿支護(hù)技術(shù)同樣會影響到支護(hù)效果。因此，在實際工作時，應(yīng)與其他技術(shù)相結(jié)合，如注漿技術(shù)等。結(jié)合巷道特點，開發(fā)出不同形式的注漿錨桿，在破碎煤巖體中，還引進(jìn)研制出鉆錨注加固技術(shù)，解決了難成孔的破碎煤巖體加固難題。在小孔徑樹脂錨索的基礎(chǔ)上，研制出樹脂與注漿聯(lián)合錨固錨索。通過對注漿參數(shù)的控制，可起到加固的目的。水泥基材料是常用的主將材料，因圍巖條件復(fù)雜多樣，另外還有各種類型的化學(xué)加固材料，包括聚氨酯、脲醛樹脂等。

2.5 礦壓檢測和支護(hù)施工質(zhì)量

為保證作業(yè)人員安全，應(yīng)及時監(jiān)測礦壓，先后研制出許多設(shè)備，可對錨桿、錨索受力等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量。當(dāng)前以綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)為主。錨桿施工中應(yīng)注意保證質(zhì)量，為此，需對其質(zhì)量進(jìn)行檢測，開發(fā)出系列錨桿拉拔機(jī)、預(yù)緊力檢測器具、聲波錨桿錨固質(zhì)量檢測儀等測試設(shè)備。

結(jié)語

在煤礦的挖掘開采工程中，為保證作業(yè)順利進(jìn)行，經(jīng)常需要開挖巷道。這就要求對巷道加以維護(hù)，避免出現(xiàn)巷道坍塌現(xiàn)象。 錨桿支護(hù)是常用的一種方式，在長期總結(jié)實踐中，逐漸形成了系統(tǒng)化的整套技術(shù)，需加大研究力度，進(jìn)一步完善。

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中圖分類號：TD353

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A