試析煤炭巷道錨桿錨固特點及應用

張玉生

【摘要】本文對煤炭巷道錨桿錨固的特點進行分析，包括煤炭巷道錨桿支護材料、煤炭巷道錨桿支護設計方法、煤炭巷道錨桿支護施工質量檢測與礦壓監測，還有煤炭巷道錨固與注漿聯合加固技術，然后以國內某軟巖礦井為例講解煤炭巷道錨桿錨固的應用。

【關鍵詞】煤炭巷道；錨桿；錨固；支護；特點；應用

一、煤炭巷道錨桿錨固的特點

（一）煤炭巷道錨桿支護材料

煤炭巷道中的錨桿支護材料的發展過程主要經歷了低強度，高強度，高預應力，強力支護階段。曾經被我國煤礦所廣泛利用的普通Q235圓鋼黏結式錨桿，現在只剩下一些地質巖土環境簡單和條件比較落后的煤礦繼續使用。因為煤炭巷道的條件是多種多樣的，因此為了克服這些部分環境復雜困難的煤炭巷道，研究人員專注于對高強度螺紋鋼錨桿的開發。通過錨桿在形狀與結構上的不斷優化，對提高其錨固效果很有幫助，除此之外，還可以開發出專用的鋼材來制作錨桿，以達到更加高的強度去滿足更高的施工需求。

（二）煤炭巷道錨桿支護的設計方法

目前，我國煤炭巷道最常用到的錨桿支護設計方式是動態信息設計法。動態信息設計法的特點是設計方案并不是就定下來的，而是在每個工序完成后都進行實時的信息收集、分析和反饋，然后通過分析結果不斷改進設計方案的一個動態過程。在對煤炭巷道錨桿支護進行設計時，必須注重分析錨桿與其他錨固構件之間的匹配程度，以發揮出更好的整體支護效果。例如錨桿的強度要與托板、螺母進行匹配，錨桿要與錨固劑的受力性能進行匹配等。我們在選取構件時要盡量選用質量好的，再加上合理的設計，就能使整個支護結構的效果事半功倍，反之，其中一個構件發生損壞，或者系統設計不合理，否會對整體支護效果造成影響，嚴重的話甚至可能使整個系統失效。

（三）煤炭巷道錨桿支護施工質量檢測與礦壓監測

在進行錨桿施工質量檢測時，需要用到的儀器主要有錨桿拉拔計，錨桿錨固質量聲波檢測儀和錨桿預緊力檢測儀。在進行巷道礦壓監測時，需要用到的儀器主要有表面位移、深部位移、頂板離層等測量儀和錨桿、錨索受力情況的測量儀。近年，一種煤炭巷道礦壓的綜合監測系統橫空出世，可以隨時對礦井下的綜合數據進行實時采集，然后傳輸到電腦上進行對礦壓的監測和分析。

（四）煤炭巷道錨固與注漿聯合加固技術

以往，通常僅采用錨桿支護一種方式對松散的煤巖體巷道進行錨固和對損壞的巷道進行修護，這種支護方式不但錨固效果差，而且不能充分發揮錨桿的性能。目前來說，最有效解決松散、損壞的圍巖巷道支護的方法，就非錨固與注漿加固技術莫屬了。

煤炭巷道錨固與注漿聯合加固技術就是將錨桿錨固技術與注漿加固技術融合在一起，在使用錨固與注漿加固技術時，根據不同煤炭巷道的差異，應選取不同類型的注漿錨桿。一般來說，錨固與注漿加固技術已足以應對松散、損壞的圍巖巷道的支護，只有對極為破碎煤巖體進行支護，還需要進一步使用鉆錨注加固技術加強錨固效果。注漿加固技術主要是通過控制錨固時注漿參數，以取得更好注漿加固效果。為了更好地適應復雜多變的巖土條件，除了使用水泥等基本錨固材料外，還需要用到各種化學注漿加固材料，例如脲醛樹脂和聚氨酯等。

二、煤炭巷道錨桿錨固的應用

我國煤炭礦井的種類非常豐富，各類礦井之間的巖土地質差異較大，軟巖礦井的各煤層的膠結性比較弱，煤巖體相對其他礦井有破碎松散、強度弱、易崩解、易風化、易膨脹等特點，以上種種因素導致軟巖礦井巷道的支護工作比較困難，大部分巷道在服務期內不得不多次翻修，嚴重影響回采工作的正常推進，不僅支護費用高，而且帶來很大的安全威脅。以下就以我國的某軟巖礦井為例，對煤炭巷道錨桿錨固的應用進行分析。

（一）巷道地質條件

該煤礦的兩煤層間間距較小，下層頂板距上層底板只有6～9m左右，下層的厚度平均值為5.99m，煤層的傾角約為16°，抗壓強度為4.8MPa，其頂板砂質泥巖的強度在15到25MPa之間；上層煤層的底板也屬于砂質泥巖，底板抗壓強度為23.5MPa，接觸水易膨脹。經過水壓致裂法對地應力進行測量后，得出垂直主應力為9.68MPa，水平最大主應力的方向為N72°E，大小為14.62MPa，而水平最小主應力為7.35MPa。回風巷的掘進斷面呈半圓拱形，斷面墻高1.2m，寬3.8m，斷面面積為10.2m²，巷道埋深大約為350～400m之間。

（二）巷道錨桿錨固應用

對于軟巖礦井的支護施工，結合巖土特點和以往經驗，其支護方式應選用樹脂全長預應力錨固組合。該礦井使用的錨桿規格是直徑φ22mm，長2.4m的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。在進行樹脂全長錨固時，錨固的前端和后端應涂上不同的錨固劑，前端部涂上固化速度快的錨固劑，后部涂上固化相對較慢的錨固劑。利用菱形金屬網、w型鋼護板與鋼筋網頂板進行護表。全部錨桿排列時都要保證垂直于巷道表面，錨桿排距900 mm，頂板間距850ram，每排7根。錨桿的預緊力矩為400N·m，錨索φ22mm，鋼絞線1×19，長度4.3m，由樹脂端部進行錨固。錨索預緊力為200～250kN，每隔1.8m打3根錨索，每根錨索之間的間距為1.28m。工程結果良好，巷道圍巖保持完整、穩定，錨固效果較好，較有效地發揮出錨桿的性能。該礦井巷道錨桿錨固支護的設計如下圖。

結束語

本文分析了煤炭巷道錨桿錨固特點及其應用，總而言之，在進行煤炭巷道錨桿錨固應用前，應先對煤炭巷道錨桿錨固特點和礦井實際情況進行深入了解，選取合適的材料、合理的技術方式，盡量做到使受支護的圍巖部分避免出現離層、滑動、張裂等問題，確保礦井內煤巖體的連續性和完整性。而對于環境復雜的巷道，應采用強力錨桿進行支護，為了避免修護頻繁帶來的麻煩，應盡量做到一次支護。