煤礦錨桿支護技術現狀與展望

劉志雄

文神華寧煤集團靈州建井工程公司,寧夏銀川 7 5 0 4 1 1

1 國內外錨桿支護技術的現狀

1.1 美國煤礦的錨桿支護技術現狀

除中國以外，美國是世界上第二大產煤大國，也是較早把錨桿作為煤礦頂板主要支護方式的國家之一。目前，美國是世界上錨桿使用數量最多，錨桿支護技術最成熟、最先進的國家。錨桿的作用是可以有效地控制圍巖，加強圍巖的穩定性，美國幾乎在煤層中布置了其所有井下巷道，錨桿支護每年被應用在約26 000km的煤巷中。美國利用先進的技術手段，使錨桿的生產效率居于世界首位。據統計，美國每年只有不到10人死于頂板冒落，可見其錨桿支護技術應用非常成熟，可靠性很強。

1.2 澳大利亞煤礦的錨桿支護技術現狀

澳大利亞擁有居于世界領先水平的錨桿機具裝置研制水平，現在主要集中精力發展特種錨桿：如注入式錨桿、采區高預應力錨桿和纖維增強塑料錨桿（其重量僅為鋼材的1/4，剛度卻比鋼材還要高）等。關于安裝錨桿機具，如新型錨桿安裝機ABM20，一次可同時安裝六根頂板錨桿；旋扭預緊裝置，通過在螺母和托板加承壓滾珠，承載達到90kN左右。

1.3 德國煤礦的錨桿支護技術現狀

德國普通錨桿支護達到8%～20%的移近量，可拉伸錨桿和滑動錨桿的極限移近量可達到30%～35%。現在影響德國煤炭工業發展的一個主要因素是長壁工作面采區煤巷掘進速度滯后，煤巷每掘進一米，需要安裝兩根煤壁錨桿和六根頂板錨桿，每班安裝錨桿的根數也會變化。由于連續采礦機在煤礦中被廣泛應用，導致錨桿安裝速度跟不上工作面回采速度，某些煤礦逐漸采用了位置變換開采法。

1.4 南非煤礦的錨桿支護技術現狀

由于南非大多數礦井煤層頂板是硬砂巖頂板，頂板條件好，比較容易支護，錨桿安裝速度很快，不影響采煤作業。南美一些煤礦安裝了頂板巖層監控系統以防煤層頂板出現局部冒落，這樣有效維護了礦井安全生產。

1.5 我國煤礦的錨桿支護技術現狀

我國錨桿支護起始于上世紀50年代，1956年，一些煤礦開始使用剛砂漿無托板錨桿和機械端錨，這類單體錨桿僅適合于穩定的巖石巷道，不適合用于圍巖較軟的煤巷。上世紀80～上世紀90年代，我國進入了以錨梁網和錨帶網為代表的組合錨桿支護階段，由于錨桿支護勞動強度低，經濟效益高，對破碎巖體的加固效果好，因此，我國煤礦中開始廣泛應用錨桿支護技術。到1998年，煤巷中錨桿支護比重已達到20%以上。由于我國煤礦的軟巖地層分布廣泛，即使在服務年限內，很多巷道的圍巖變形量都很大，有的甚至冒落無法再利用。因此，推動錨桿支護技術發展的關鍵在于研究開發可以有效控制高應力、采動和軟巖等大變形巷道的錨桿支護技術。

與國外相比，我國錨桿支護的主要缺點在于錨桿可靠性差、錨固力低等，因此提高錨桿性能、開發具有高阻力、急增阻和強初撐力學特性的錨桿支護，是控制高應力、軟巖大變形巷道的有效途徑，也是國內錨桿支護的主要發展方向。

2 我國錨桿支護技術發展中出現的問題

2.1 對錨桿支護機理認識不夠

現在采用的錨桿設計方法，如加固拱、組合梁和懸吊等理論都是針對一般巷道提出的。目前，還沒有專門針對煤巷的特殊條件，建立起符合煤巷自身特點的設計方法與支護原理，特別是在軟巖或全煤條件下，沒有成熟的巷道圍巖支護設計要求。因此，現在很多技術標準都是依據經驗制定的，缺乏科學依據，導致施工和設計中存在一定盲目性。所以，有必要進一步深入研究巷道圍巖礦壓顯現規律的基礎上，結合煤巷獨有的特點，不斷探索、創新煤礦錨桿支護理論。

2.2 錨固劑與錨桿質量低

錨固劑的質量指標是決定支護可靠性的關鍵，錨桿的力學性能與其結構和材質緊密相關。我國煤礦井下使用的錨桿的延伸率和強度偏低，因此，錨桿支護既不能適應煤巷圍巖的變形，也不能為巷道圍巖提供較大的支護阻力，導致巷道頂板容易產生離層或錯動。另外，由于錨桿質量低，煤巷每掘進一米的需要安裝更多的錨桿，極大的影響巷道的掘進進尺。

2.3 錨桿機具結構性能有待提高

錨桿機具性能是決定施工速度和錨桿安裝質量的關鍵。目前，雖然我國具有液壓、風動和電動錨桿鉆機，但其整機性能和零部件質量有待進一步完善和提高。

2.4 需要提高錨桿監測儀器與檢監測技術

監測是保證錨桿支護可靠性和監督施工質量的重要手段。我國很重視錨桿支護的檢測工作，研制出了如超聲波圍巖裂縫探測儀、錨固力測定儀等監測儀器，但其功能不全、性能不高，尚未形成成套的綜合檢測技術。雖然，我國已經開展監測工作，但是監測所起的指導和反饋作用沒有很好的體現出來。這主要是因為管理和施工人員的綜合素質差，理論水平低，對檢測的重要性認識不夠。

3 對煤礦錨桿支護技術的展望

3.1 繼續完善煤礦錨桿支護理論與技術

錨桿支護理論很多，但這些理論與實際應用技術的發展適應性較差。所以，有必要結合煤礦自身特點，不斷探索煤礦錨桿支護理論，提高煤巷錨桿形式與參數選擇的實用性和科學性。我們要不斷消化吸收國外先進的錨桿支護理論和設計方法，學習先進的煤巷錨桿支護的工程監控設計方法，根據我國實際，發展科學合理的錨桿支護技術，提高煤巷錨桿支護設計方法的實用性和科學性。

3.2 發展掘錨新機具

根據當前的施工工藝，主要有兩方面因素影響快速掘進：一方面是錨桿機打眼及安裝速度；另一方面是掘進機割煤速度。現行煤巷快速掘進施工方法的主要矛盾是掘進工作面的開機率較低，支護時間過長，影響單進水平的提高。加快煤巷錨桿支護單進速度的有效手段是發展掘錨聯合機組，實現“掘支錨一體化”平行作業。因此，發展掘錨新機具將是我國煤巷快速掘進的一個發展方向。

3.3 進一步研究錨桿支護監測技術

要對煤礦井下的錨桿支護進行綜合監測，驗證初始設計的可靠性和合理性，并為修正初始設計提供依據。在日常工作中，很多必要的監測工作并沒有順利進行，導致監測效果大打折扣。但是，監測的重要性不置可否，所以在日后的工作中，一方面要加緊研究錨桿支護監測技術；另一方面，要提高人員素質，使其清楚監測的重要性，以便實時、有效地對煤礦錨桿支護進行監測，保證安全生產。

4 結論

煤礦錨桿支護技術看似簡單，實際上是一項非常復雜的系統工程，影響支護效果的因素很多。所以，我們應該積極學習國外先進的煤礦錨桿支護理論與技術，并結合本國實際，不斷完善我國煤礦錨桿支護理論與技術，提高錨桿支護的可靠性，確保煤礦安全生產。

[1]B·里文，李孝尚.煤礦錨桿支護技術的進展[J].中國煤炭，1999，25(8)：52-55.

[2]楊得傳.煤巷錨桿支護現狀及其存在的問題探討[J].采礦科技，2006，6(1)：40-43.

[3]徐萬軍.淺談我國煤礦錨桿支護技術的現狀與發展[J].中小企業管理與科技，2009(22)：239.