我國煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

紀(jì)發(fā)波 蘇 靜 李紅祥 王勝利 張明國 常 宏

(六盤水師范學(xué)院 貴州 六盤水 553000)

一、煤礦巷道支護(hù)的原理

根據(jù)煤礦巷道錨桿支護(hù)的國內(nèi)外先進(jìn)研究成果現(xiàn)狀、相關(guān)理論實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場操作實(shí)踐,并通過結(jié)合新奧法錨桿支護(hù)掘進(jìn)理論、聯(lián)合強(qiáng)化支護(hù)掘進(jìn)理論及大范圍巖層高強(qiáng)度聯(lián)合強(qiáng)化支護(hù)理論研究巷道錨桿支護(hù)掘進(jìn)技術(shù),研究工作者通過歸納分析總結(jié)并提出現(xiàn)時(shí)代階段性的煤礦礦井巷道錨桿支護(hù)技術(shù)原理。該研究原理主要是將巖石巷道圍巖力學(xué)及其研究目的是作為可以將巷道圍巖支護(hù)巷道與其他支護(hù)圍巖體系結(jié)合看成一個(gè)自然整體,充分利用巷道圍巖及其他支護(hù)巷道體系的自身地質(zhì)承載能力,來有效維持巷道的整體穩(wěn)定性;此外它還要實(shí)時(shí)通過監(jiān)測系統(tǒng)反饋巷道原巖層的應(yīng)力、擾動(dòng)及影響圍巖巷道表面應(yīng)力位移等作為影響整體圍巖巷道穩(wěn)定性主要因素的大量動(dòng)態(tài)分析信息。圍巖及其他支護(hù)動(dòng)力體系的相互作用,有效的通過控制支護(hù)圍巖的運(yùn)動(dòng)變形而不僅僅限于提高圍巖支護(hù)的運(yùn)動(dòng)剛度,以及有效提高圍巖支護(hù)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性;通過增加支護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)或增加支護(hù)體的方式。

結(jié)構(gòu)改變性質(zhì)改善基層圍巖的巖體力學(xué)結(jié)構(gòu)方面的改變性質(zhì)可以提高基層圍巖的整體承載能力。該設(shè)計(jì)原理為當(dāng)前解決濟(jì)南煤礦礦區(qū)巷道道路支護(hù)建設(shè)問題研究提供了重要理論依據(jù)。同時(shí),實(shí)驗(yàn)及支護(hù)施工時(shí)間在實(shí)驗(yàn)及支護(hù)施工時(shí),要根據(jù)巷道圍巖的具體性質(zhì)及各種煤礦渣在巷道內(nèi)的支護(hù)施工原理,選擇各種適合的巷道支護(hù)施工材料和各種支護(hù)施工方式。

二、傳統(tǒng)的新型錨桿橋梁支護(hù)技術(shù)理論的主要作用

傳統(tǒng)的新型錨桿橋梁支護(hù)技術(shù)理論主要有:橋梁懸吊支護(hù)理論、組合梁支護(hù)理論、組合梁斗拱支護(hù)理論等。這些假設(shè)理論都應(yīng)該是在一點(diǎn)點(diǎn)性假設(shè)的理論基礎(chǔ)上,針對(duì)不同圍巖條件下提出的。由于這些設(shè)計(jì)理論在科學(xué)理解上簡明,在工程設(shè)計(jì)上由于計(jì)算簡單,因此可以得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用,在生產(chǎn)實(shí)踐中可以起到積極推動(dòng)作用。由于這些施工理論都往往存在一定的知識(shí)片面性和技術(shù)局限性,不能充分適應(yīng)于各種類型巷道施工條件?，F(xiàn)如今主要特點(diǎn)是將“三高一低”的矩形錨桿引入支護(hù)設(shè)計(jì)理念,即實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性和可降低支撐保護(hù)物的密度。錨桿作用支護(hù)的主要物理作用:錨桿作用主要是對(duì)于錨固區(qū)造成圍巖的主體離層、滑動(dòng)、裂隙張開、新生及裂紋等的產(chǎn)生等造成擴(kuò)容延伸變形與開裂破壞,從而直接導(dǎo)致整個(gè)圍巖主體處于自然受壓收縮狀態(tài),抑制造成圍巖彎曲延伸變形、圍巖開裂破環(huán)等。最大最有限度地確證保持錨固錨點(diǎn)區(qū)域的圍巖結(jié)構(gòu)完,整從而來就是促使圍巖結(jié)構(gòu)成為重力承載的重要主題組成部分。

在錨固層基區(qū)內(nèi)可以形成一個(gè)剛度較大的非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)承載層的結(jié)構(gòu),阻止基塊錨固區(qū)移動(dòng)產(chǎn)生的剝離層,同時(shí)可以改善基塊圍巖深度內(nèi)部的非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)分布。錨桿錨撐支護(hù)應(yīng)力系統(tǒng)的流動(dòng)剛度十分重要,錨桿支護(hù)預(yù)應(yīng)力及錨桿預(yù)應(yīng)力的流動(dòng)擴(kuò)散作用起著一個(gè)決定性質(zhì)的作用。根據(jù)不同巷道使用條件需要確定合理的巷道預(yù)應(yīng)力,并正確使這些預(yù)應(yīng)力能夠?qū)崿F(xiàn)有效率的擴(kuò)散,這是完成支護(hù)巷道設(shè)計(jì)的重要關(guān)鍵。單根固體錨桿對(duì)于預(yù)應(yīng)力的發(fā)揮作用擴(kuò)散范圍通常是很有限的,必須通過利用托板、鋼帶和其他金屬網(wǎng)等固體構(gòu)件將單根錨桿上的預(yù)應(yīng)力迅速擴(kuò)散并達(dá)到距距離單根錨桿更遠(yuǎn)的固體圍巖中。特別提的是對(duì)于高層巷道圍巖表面,即使沒有施加很小的土層支護(hù)和應(yīng)力,也可能會(huì)明顯抑制圍巖的自然變形與風(fēng)化破壞,保持巷道頂板的完整。護(hù)表支撐構(gòu)件在各種預(yù)應(yīng)力儀表支護(hù)機(jī)械系統(tǒng)中一直發(fā)揮著著極其重要的支撐作用。

錨桿上的剛度支護(hù)系統(tǒng)部件支持系統(tǒng)上的剛度可能存在臨界支護(hù)剛度由于支護(hù)支持系統(tǒng)部件剛度,即使是在標(biāo)桿上的錨固區(qū)不一定需要一個(gè)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力隔離層和一個(gè)橫向的可拉伸的固定應(yīng)力區(qū)所以也可能需要臨界剛度支護(hù)系統(tǒng)剛度支持系統(tǒng)部件能夠同時(shí)提供的臨界支護(hù)系統(tǒng)剛度。支護(hù)所有巷道管理系統(tǒng)臨界自動(dòng)剛度一旦遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界時(shí)的所有支護(hù)巷道系統(tǒng)臨界剛度,圍巖將長期同時(shí)持續(xù)處于穩(wěn)定處在變形與不穩(wěn)定處于變形中的狀態(tài);相反,支護(hù)所有巷道系統(tǒng)的臨界自動(dòng)剛度一旦不能達(dá)到或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于超過臨界時(shí)的所有支護(hù)巷道系統(tǒng)臨界剛度,圍巖過程中的穩(wěn)定變形就不可能同時(shí)得到有效度的自動(dòng)抑制,巷道也將繼續(xù)處于長期穩(wěn)定處于變形中的狀態(tài)。支護(hù)錨桿剛度的關(guān)鍵因素影響支護(hù)因素之一是支護(hù)錨桿上的預(yù)應(yīng)力,因此,存在新的錨桿臨界值和預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定值。當(dāng)圍巖錨桿整體預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到一-定值的數(shù)值后,可以有效率地控制室內(nèi)圍巖錨桿變形與巖質(zhì)離層,而且圍巖錨桿整體受力強(qiáng)度變化不大。

三、錨桿支護(hù)理論的作用

錨索的支護(hù)作用主要表現(xiàn)有兩兩個(gè)方面:其一個(gè)就是將深部錨桿通過支護(hù)作用形成的深部預(yù)應(yīng)力區(qū)所承載形成結(jié)構(gòu)與深中淺部深層圍巖巖體相連,提高深部預(yù)應(yīng)力區(qū)所承載形成結(jié)構(gòu)的巖體穩(wěn)定性,同時(shí)充分調(diào)動(dòng)深中淺部深層圍巖的巖體承載能力,使更大深度范圍內(nèi)的深部巖體共同進(jìn)行承載。

其二個(gè)就是錨索需要施加較大的擠壓預(yù)緊力,給深部圍巖巖體提供較大壓力預(yù)應(yīng)力,與深部錨桿支護(hù)形成的較大壓力預(yù)應(yīng)力區(qū)組合成一個(gè)骨架式的網(wǎng)狀承載結(jié)構(gòu),主動(dòng)輔助支護(hù)深部圍巖,保持其巖體完整性。提高橋梁錨桿與錨索的綜合預(yù)應(yīng)力并且能使其有效率地?cái)U(kuò)散，這是目前改善大型巷道橋梁支護(hù)施工效果的最基本有效途徑。對(duì)于復(fù)雜困難性的巷道,應(yīng)盡量采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力的鋼錨桿進(jìn)行組合連續(xù)支護(hù),應(yīng)盡量一次連續(xù)支護(hù)就位并能有效率地控制巷道圍巖結(jié)構(gòu)變形與巖土破壞,避免二次連續(xù)支護(hù)和復(fù)雜巷道反復(fù)維修。

四、安全技術(shù)措施

(1)割井掘進(jìn)機(jī)在巷道頂板錨桿生產(chǎn)支護(hù)作業(yè)過程中必須嚴(yán)禁空頂迎頭作業(yè),除掘進(jìn)巷道錨桿底板和角輔助錨桿安裝可同時(shí)滯后3排,其余頂、幫輔助錨桿和巷道頂板錨索必須完全緊跟迎頭進(jìn)行安裝,特別重點(diǎn)是巷道頂板和幫錨桿的迎頭安裝,必須完全緊跟掘進(jìn)巷道迎頭,嚴(yán)禁大排超錨索和大排距錨桿滯后迎頭安裝,否則一律禁止對(duì)其繼續(xù)施工進(jìn)行大型割井采煤機(jī)的生產(chǎn)支護(hù)作業(yè)。

(2)支護(hù)錨桿頂板支護(hù)樁在施工前先后要進(jìn)行一次敲幫頂和問頂,除掉錨桿頂板、巷幫和巷道迎頭的大量碎煤渣和碎石,且在進(jìn)行打鉆和施工安裝支護(hù)錨桿時(shí)必須時(shí)刻仔細(xì)觀察錨桿頂板和巷道交幫的移動(dòng)情況。

(3)支護(hù)錨桿(索)錨桿支護(hù)工藝材料、參數(shù)、施工工藝必須嚴(yán)格按照專業(yè)設(shè)計(jì)工藝要求,及時(shí)進(jìn)行檢測保證錨桿(索)支護(hù)施工工藝質(zhì)量。對(duì)于支護(hù)材料使用質(zhì)量不要求合格的其他支護(hù)專用材料錨索應(yīng)堅(jiān)決不用,已停止使用的必須進(jìn)行重新安裝使用質(zhì)量要求合格的其他支護(hù)專用材料;對(duì)于未不能達(dá)到符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求必須安裝較大扭矩的壓力錨桿,應(yīng)在其周圍400mm內(nèi)的范圍內(nèi)及時(shí)補(bǔ)上填打質(zhì)量合格扭矩錨桿,對(duì)于為不能達(dá)到符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求張拉力的錨索,應(yīng)在其周圍00mm內(nèi)及時(shí)補(bǔ)上填打質(zhì)量合格的錨索。

(4)掘進(jìn)巷道內(nèi)的掘進(jìn)錨桿成巷施工效果差,掘進(jìn)錨桿斷面寬度超寬或者掘進(jìn)片幫嚴(yán)重時(shí)必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)敲打掘進(jìn)錨桿(索)等并進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng),堅(jiān)決防止錨桿間距和排距隨意移動(dòng)增大的掘進(jìn)現(xiàn)象。

(5)巷道遇到水下地質(zhì)環(huán)境條件發(fā)生變化、巷道基層淋雨積水較大時(shí),必須及時(shí)進(jìn)行調(diào)整地下巷道基層錨桿綜合支護(hù)設(shè)施參數(shù),保證基層巷道錨桿支護(hù)設(shè)施效果,必要時(shí)可以進(jìn)行基層架棚,增加基層巷道錨桿支護(hù)設(shè)施強(qiáng)度。

(6)在在巷道錨桿掘進(jìn)支護(hù)施工進(jìn)行過程中,每班必須由上級(jí)跟班施工技術(shù)人員和支護(hù)班組按長度別在巷道后方向?qū)﹀^桿樁的支護(hù)工作情況人員進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查,如有異常及時(shí)立即采取措施,發(fā)現(xiàn)不必要安全隱患,原則上必須及時(shí)當(dāng)班處理完畢,如有特殊緊急情況時(shí)還需向下級(jí)任一班項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行交代清楚,消除隱患后方可上班組織施工生產(chǎn)。

五、結(jié)語

本文系統(tǒng)梳理了巷道的代表性支護(hù)理論，分析了巷道支護(hù)技術(shù),解釋了巷道支護(hù)技術(shù)的原理，說明了錨桿在煤礦或者橋梁是那個(gè)的應(yīng)用和作用，介紹了在使用錨桿時(shí)所注意的安全措施。并討論分析了巷道支護(hù)技術(shù)。總體而言,我國已形成了較為成熟的巷道支護(hù)技術(shù)和理論體系，后期我們需要更加了解錨桿支護(hù)技術(shù)的前提下將其發(fā)展的更加成熟。