對煤巷錨桿支護技術理論的探討

摘要：錨桿支護是現代煤礦支護的一種重要支護方式，在煤礦生產中扮演著很重要的角色。介紹煤礦開發出的錨桿支護成套技術，采用成套技術系統，必要時配合注漿加固，能夠有效控制巷道圍巖的強烈變形，并取得良好的支護效果。

關鍵詞：采礦工程 錨桿支護 煤巷 高預緊力 成套技術

0 引言

錨桿具有主動支護、有效強化圍巖強度和保持圍巖穩定、施工簡單、成本較低、安全可靠、改善作業環境等優點，現已成為世界各國巷道支護的一種主要形式。在煤礦生產過程中，支護是其不可缺少的一部分，對冒頂片幫等有非常重要的作用。發生冒頂片幫的原因主要表現為以下兩個方面：①支護設計方面常由于只注重考慮頂板支護，頂班支護的足夠好，而不考慮巷幫支護的研究，那么如果巷道幫支護的強度太小，錨固力低，那么支護效果就會很差，就會造成煤壁極其松軟。要是發生片幫以后，巷道變得越來越寬，可能就會引起應力的重新分布，導致冒頂面積逐漸變得越來越大，最后頂板靠近煤幫側發生破斷，導致大面積的矸石冒落。②生產管理方面表現為技術管理和質量管理不到位，在頂板巖石性質發生改變時，工作人員未及時將信息反映到技術部門，最終可能導致頂板事故的發生。我們書本上所介紹的錨桿支護理論有好幾種，比如組合梁、加固拱、最大水平地應力等理論，這些理論在煤礦生產過程中，特別是礦壓觀測中，具有非常重要的意義，但是它們也具有一定的欠缺。

1 煤巷錨桿支護成套技術

煤巷錨桿支護成套技術包括以下幾個部分：巷道圍巖力學測試、支護設計、材料、工程質量檢測、礦壓監測、特殊地質條件支護技術等諸多方面。

1.1 巷道圍巖力學測試技術

巷道圍巖力學測試主要包括以下三個部分：原巖應力、結構測量與煤巖體強度。對于地應力測量，井下大部分采用應力解除法和水壓致裂法這兩種方法。對于煤巖體結構測量，礦用電子鉆孔窺視儀在煤礦上得到了廣泛的使用，它的最主要的作用就是可以準確、快速地觀測到煤巖體中的層理、節理、裂隙等結構面及離層。對于煤巖體強度測試，鉆孔觸探法井下煤巖體強度原位測定裝置已經在煤礦生產上被廣泛使用，從而在井下鉆孔中能夠快速、準確地測量出煤巖體的抗壓強度。

1.2 錨桿支護材料

支護材料經歷了四個發展過程，低強度、高強度、高預應力、強力支護。通過優化錨桿體結構及其形狀，使得錨固效果得到很好的改善；通過使用礦用錨桿專用的鋼材，從而使其達到更高的級別，如高強度和超高強度。對于預應力錨索支護方面，煤礦上已經使用了自身專用的大直徑、高噸位錨索。索體直徑最大達22mm，拉斷載荷達600kN。

1.3 錨桿支護設計方法

煤礦巷道錨桿支護設計大部分采用一種名叫動態信息設計法。因為設計它是要經歷一個動態發展變化的過程，而不是一次就可以直接完成的。在其變化發展中每個過程中都必須要充分利用它所提供的必要信息，及時對其提供的信息進行跟蹤實時收集、反映之后進行綜合分析。在進行錨桿支護設計時，處理好錨桿與錨索支護各構件之間的相互匹配關系，對發揮構件間的作用，乃至整個礦井的支護系統的整體支護效果都具有非常重要的作用。從礦井生產來看有以下幾種匹配關系，①錨桿托板、螺母應與桿體的強度匹配，桿體必須要與錨固劑所具有的力學性能應該相匹配，還要與其組合構件及金屬網的形式所反映的力學參數相匹配。②高強度拱形托板、高強度螺母及高效減摩墊片應該必須與高預應力、強力錨桿桿體相配套，而強度與剛度比較高、護表面積比較大的w型鋼帶應該與組合構件相配套，在應用中所使用的金屬網最好要采用強度與剛度比較高的鋼筋網。預應力錨索在煤巷中配合錨桿支護，可以增加支護強度，提高錨桿圍護的可靠性。

1.4 困難復雜條件下的四五類巷道圍巖一般比較松軟破碎、地應力較大、易受采動影響，因而巷道變形速度比較快，變形量比較大，所以對于維護來說相對比較困難。

1.5 錨固與注漿聯合加固技術

如果巷道掘進在松散破碎的煤巖體中，而且如果只是單獨的采用錨桿支護，那么可能錨固效果不會太理想，致使錨桿的優良的性能不能充分發揮出來。此外，對于已經破壞了的巷道，對其進行維修或翻修，假若單獨只是采用錨桿支護，那么其支護效果也不會達到很好的效果。所以如果對于錨固技術和注漿加固技術，這兩種技術如果能夠有機的結合在一起的話，將來肯定會成為解決破碎圍巖巷道支護的最重要的且最有效的方法。根據現代煤礦的巷道特點，開發出了不同形式的注漿錨桿。對于單純用錨桿支護不足以保持巷道圍巖的穩定時，可輔以兩種加強支護：一是小孔徑預應力錨索，孔徑僅28mm，施工簡單、價格低廉、而且安全可靠；二是巷道圍巖注漿加固，當巷道圍巖特別破碎。隨掘隨冒，可采取超前注漿，一般條件采取滯后注漿。復雜圍巖的支護技術應用廣泛。

1.6 錨桿支護的可靠性

提高錨桿支護有以下六種途徑：①支護要及時。②支護設計和監測管理到位。③定期進行拉拔試驗。④加強班組質量檢查。⑤把握錨固質量關。⑥抓好預緊力質量關。

2 現場實驗

全國20個省和自治區的58個大中型礦區已經開始大范圍的推廣應用錨桿支護技術研究成果。所應用范圍從大巷、集中巷，到回采巷道；從近水平煤層、緩傾斜煤層巷道，到急傾斜煤層巷道；從薄煤層到厚煤層巷道，從實體煤巷道，到沿空掘巷、采空區留巷；從普采到綜采放頂煤工作面沿煤層底板掘進的煤頂巷道和全煤巷道；從小斷面巷道到大斷面開切眼、硐室與交岔點；從圍巖比較穩定的巷道，到極破碎、強膨脹圍巖巷道；從淺部巷道，到深部高地應力沖擊地壓巷道概括了煤礦上的各種巷道類型。圖1是放頂煤錨桿支護布置圖，它是關于沿空掘巷斷面很大時錨桿支護技術。該項技術使巷道支護效果與安全程度，以及巷道掘進機械化程度、掘進速度與工效得到了有效的改進，從而解決了一系列巷道支護方面的難題，從而有力保障了礦井開拓部署和巷道布置改革的提高。有效支護了煤巖頂和全煤巷道、沿空掘巷等大斷面巷道，從而保證了綜采放頂煤開采等采煤法的成功應用在厚煤層中，并且保證了煤礦實現經濟利益最大化的目標。

3 結語

煤巷錨桿支護技術在礦上應用趨于成熟，目前亟待開展適合各種煤層條件下的錨網支護施工質量監測技術和支護安全監控技術課題公關，以提高對支護安全性的判斷能力。錨桿支護作為一項系統工程，必須綜合考慮各種復雜因素，如地質因素、工程因素、設計因素、費用、技術條件和服務年限等，從這些因素中找出最可靠、最經濟的錨桿支護方案。另外還要具體問題具體分析，理論聯系實際。

參考文獻：

[1]康紅普，王金華.煤巷錨桿支護理論與成套技術[M]，北京，煤炭工業出版社，2007.

[2]王金華.我國煤巷錨桿支護技術的新發展[J]，煤炭學報，2007.

[3]康紅普，王金華，林健.煤礦巷道錨桿支護應用實例與分析[J]，巖石力學與工程學報，2010.

[4]侯朝炯，郭勵生，勾攀峰.煤巷錨桿支護[M]，徐州，中國礦業大學，1999.

[5]陳慶敏，郭頌，張農.煤巷錨桿支護新理論與設計方法[J]，礦山壓力與頂板控制，2002.

[6]賈明魁.錨桿支護煤巷冒頂成因分類新方法[J]，煤炭學報，2005.

[7]侯朝炯.煤巷錨桿支護的關鍵理論與技術[J]，礦山壓力與頂板管理，2002.

[8]侯朝炯，勾攀峰.巷道錨桿支護圍巖強度強化機理研究[J]，巖石力學與工程學報，2000.