煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀與展望

劉志雄

文神華寧煤集團(tuán)靈州建井工程公司,寧夏銀川 7 5 0 4 1 1

1 國內(nèi)外錨桿支護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 美國煤礦的錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

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

1.2 澳大利亞煤礦的錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

澳大利亞擁有居于世界領(lǐng)先水平的錨桿機(jī)具裝置研制水平，現(xiàn)在主要集中精力發(fā)展特種錨桿：如注入式錨桿、采區(qū)高預(yù)應(yīng)力錨桿和纖維增強(qiáng)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(guān)于安裝錨桿機(jī)具，如新型錨桿安裝機(jī)ABM20，一次可同時(shí)安裝六根頂板錨桿；旋扭預(yù)緊裝置，通過在螺母和托板加承壓滾珠，承載達(dá)到90kN左右。

1.3 德國煤礦的錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

德國普通錨桿支護(hù)達(dá)到8%～20%的移近量，可拉伸錨桿和滑動(dòng)錨桿的極限移近量可達(dá)到30%～35%。現(xiàn)在影響德國煤炭工業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要因素是長壁工作面采區(qū)煤巷掘進(jìn)速度滯后，煤巷每掘進(jìn)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(shù)也會(huì)變化。由于連續(xù)采礦機(jī)在煤礦中被廣泛應(yīng)用，導(dǎo)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(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

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

1.5 我國煤礦的錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

我國錨桿支護(hù)起始于上世紀(jì)50年代，1956年，一些煤礦開始使用剛砂漿無托板錨桿和機(jī)械端錨，這類單體錨桿僅適合于穩(wěn)定的巖石巷道，不適合用于圍巖較軟的煤巷。上世紀(jì)80～上世紀(jì)90年代，我國進(jìn)入了以錨梁網(wǎng)和錨帶網(wǎng)為代表的組合錨桿支護(hù)階段，由于錨桿支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度低，經(jīng)濟(jì)效益高，對(duì)破碎巖體的加固效果好，因此，我國煤礦中開始廣泛應(yīng)用錨桿支護(hù)技術(shù)。到1998年，煤巷中錨桿支護(hù)比重已達(dá)到20%以上。由于我國煤礦的軟巖地層分布廣泛，即使在服務(wù)年限內(nèi)，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(dòng)錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于研究開發(fā)可以有效控制高應(yīng)力、采動(dòng)和軟巖等大變形巷道的錨桿支護(hù)技術(shù)。

與國外相比，我國錨桿支護(hù)的主要缺點(diǎn)在于錨桿可靠性差、錨固力低等，因此提高錨桿性能、開發(fā)具有高阻力、急增阻和強(qiáng)初撐力學(xué)特性的錨桿支護(hù)，是控制高應(yīng)力、軟巖大變形巷道的有效途徑，也是國內(nèi)錨桿支護(hù)的主要發(fā)展方向。

2 我國錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展中出現(xiàn)的問題

2.1 對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠

現(xiàn)在采用的錨桿設(shè)計(jì)方法，如加固拱、組合梁和懸吊等理論都是針對(duì)一般巷道提出的。目前，還沒有專門針對(duì)煤巷的特殊條件，建立起符合煤巷自身特點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法與支護(hù)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(hù)設(shè)計(jì)要求。因此，現(xiàn)在很多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定的，缺乏科學(xué)依據(jù)，導(dǎo)致施工和設(shè)計(jì)中存在一定盲目性。所以，有必要進(jìn)一步深入研究巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤巷獨(dú)有的特點(diǎn)，不斷探索、創(chuàng)新煤礦錨桿支護(hù)理論。

2.2 錨固劑與錨桿質(zhì)量低

錨固劑的質(zhì)量指標(biāo)是決定支護(hù)可靠性的關(guān)鍵，錨桿的力學(xué)性能與其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)緊密相關(guān)。我國煤礦井下使用的錨桿的延伸率和強(qiáng)度偏低，因此，錨桿支護(hù)既不能適應(yīng)煤巷圍巖的變形，也不能為巷道圍巖提供較大的支護(hù)阻力，導(dǎo)致巷道頂板容易產(chǎn)生離層或錯(cuò)動(dòng)。另外，由于錨桿質(zhì)量低，煤巷每掘進(jìn)一米的需要安裝更多的錨桿，極大的影響巷道的掘進(jìn)進(jìn)尺。

2.3 錨桿機(jī)具結(jié)構(gòu)性能有待提高

錨桿機(jī)具性能是決定施工速度和錨桿安裝質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，雖然我國具有液壓、風(fēng)動(dòng)和電動(dòng)錨桿鉆機(jī)，但其整機(jī)性能和零部件質(zhì)量有待進(jìn)一步完善和提高。

2.4 需要提高錨桿監(jiān)測儀器與檢監(jiān)測技術(shù)

監(jiān)測是保證錨桿支護(hù)可靠性和監(jiān)督施工質(zhì)量的重要手段。我國很重視錨桿支護(hù)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(jiān)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(shù)。雖然，我國已經(jīng)開展監(jiān)測工作，但是監(jiān)測所起的指導(dǎo)和反饋?zhàn)饔脹]有很好的體現(xiàn)出來。這主要是因?yàn)楣芾砗褪┕と藛T的綜合素質(zhì)差，理論水平低，對(duì)檢測的重要性認(rèn)識(shí)不夠。

3 對(duì)煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的展望

3.1 繼續(xù)完善煤礦錨桿支護(hù)理論與技術(shù)

錨桿支護(hù)理論很多，但這些理論與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展適應(yīng)性較差。所以，有必要結(jié)合煤礦自身特點(diǎn)，不斷探索煤礦錨桿支護(hù)理論，提高煤巷錨桿形式與參數(shù)選擇的實(shí)用性和科學(xué)性。我們要不斷消化吸收國外先進(jìn)的錨桿支護(hù)理論和設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)先進(jìn)的煤巷錨桿支護(hù)的工程監(jiān)控設(shè)計(jì)方法，根據(jù)我國實(shí)際，發(fā)展科學(xué)合理的錨桿支護(hù)技術(shù)，提高煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法的實(shí)用性和科學(xué)性。

3.2 發(fā)展掘錨新機(jī)具

根據(jù)當(dāng)前的施工工藝，主要有兩方面因素影響快速掘進(jìn)：一方面是錨桿機(jī)打眼及安裝速度；另一方面是掘進(jìn)機(jī)割煤速度。現(xiàn)行煤巷快速掘進(jìn)施工方法的主要矛盾是掘進(jìn)工作面的開機(jī)率較低，支護(hù)時(shí)間過長，影響單進(jìn)水平的提高。加快煤巷錨桿支護(hù)單進(jìn)速度的有效手段是發(fā)展掘錨聯(lián)合機(jī)組，實(shí)現(xiàn)“掘支錨一體化”平行作業(yè)。因此，發(fā)展掘錨新機(jī)具將是我國煤巷快速掘進(jìn)的一個(gè)發(fā)展方向。

3.3 進(jìn)一步研究錨桿支護(hù)監(jiān)測技術(shù)

要對(duì)煤礦井下的錨桿支護(hù)進(jìn)行綜合監(jiān)測，驗(yàn)證初始設(shè)計(jì)的可靠性和合理性，并為修正初始設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在日常工作中，很多必要的監(jiān)測工作并沒有順利進(jìn)行，導(dǎo)致監(jiān)測效果大打折扣。但是，監(jiān)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(hù)監(jiān)測技術(shù)；另一方面，要提高人員素質(zhì)，使其清楚監(jiān)測的重要性，以便實(shí)時(shí)、有效地對(duì)煤礦錨桿支護(hù)進(jìn)行監(jiān)測，保證安全生產(chǎn)。

4 結(jié)論

煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)看似簡單，實(shí)際上是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響支護(hù)效果的因素很多。所以，我們應(yīng)該積極學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的煤礦錨桿支護(hù)理論與技術(shù)，并結(jié)合本國實(shí)際，不斷完善我國煤礦錨桿支護(hù)理論與技術(shù)，提高錨桿支護(hù)的可靠性，確保煤礦安全生產(chǎn)。

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

[2]楊得傳.煤巷錨桿支護(hù)現(xiàn)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(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中小企業(yè)管理與科技，2009(22)：239.