試析煤炭巷道錨桿錨固特點及應(yīng)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(shè)計方法、煤炭巷道錨桿支護施工質(zhì)量檢測與礦壓監(jiān)測，還有煤炭巷道錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)，然后以國內(nèi)某軟巖礦井為例講解煤炭巷道錨桿錨固的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】煤炭巷道；錨桿；錨固；支護；特點；應(yīng)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(fā)展過程主要經(jīng)歷了低強度，高強度，高預(yù)應(yīng)力，強力支護階段。曾經(jīng)被我國煤礦所廣泛利用的普通Q235圓鋼黏結(jié)式錨桿，現(xiàn)在只剩下一些地質(zhì)巖土環(huán)境簡單和條件比較落后的煤礦繼續(xù)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(huán)境復(fù)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(fā)。通過錨桿在形狀與結(jié)構(gòu)上的不斷優(yōu)化，對提高其錨固效果很有幫助，除此之外，還可以開發(fā)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(shè)計方法

目前，我國煤炭巷道最常用到的錨桿支護設(shè)計方式是動態(tài)信息設(shè)計法。動態(tài)信息設(shè)計法的特點是設(shè)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(jié)果不斷改進設(shè)計方案的一個動態(tài)過程。在對煤炭巷道錨桿支護進行設(shè)計時，必須注重分析錨桿與其他錨固構(gòu)件之間的匹配程度，以發(fā)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(gòu)件時要盡量選用質(zhì)量好的，再加上合理的設(shè)計，就能使整個支護結(jié)構(gòu)的效果事半功倍，反之，其中一個構(gòu)件發(fā)生損壞，或者系統(tǒng)設(shè)計不合理，否會對整體支護效果造成影響，嚴(yán)重的話甚至可能使整個系統(tǒng)失效。

（三）煤炭巷道錨桿支護施工質(zhì)量檢測與礦壓監(jiān)測

在進行錨桿施工質(zhì)量檢測時，需要用到的儀器主要有錨桿拉拔計，錨桿錨固質(zhì)量聲波檢測儀和錨桿預(yù)緊力檢測儀。在進行巷道礦壓監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)橫空出世，可以隨時對礦井下的綜合數(shù)據(jù)進行實時采集，然后傳輸?shù)诫娔X上進行對礦壓的監(jiān)測和分析。

（四）煤炭巷道錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)

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(fā)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(shù)莫屬了。

煤炭巷道錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)就是將錨桿錨固技術(shù)與注漿加固技術(shù)融合在一起，在使用錨固與注漿加固技術(shù)時，根據(jù)不同煤炭巷道的差異，應(yīng)選取不同類型的注漿錨桿。一般來說，錨固與注漿加固技術(shù)已足以應(yīng)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(shù)加強錨固效果。注漿加固技術(shù)主要是通過控制錨固時注漿參數(shù)，以取得更好注漿加固效果。為了更好地適應(yīng)復(fù)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(xué)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(yīng)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(zhì)差異較大，軟巖礦井的各煤層的膠結(jié)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(fēng)化、易膨脹等特點，以上種種因素導(dǎo)致軟巖礦井巷道的支護工作比較困難，大部分巷道在服務(wù)期內(nèi)不得不多次翻修，嚴(yán)重影響回采工作的正常推進，不僅支護費用高，而且?guī)砗艽蟮陌踩{。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(yīng)用進行分析。

（一）巷道地質(zhì)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(zhì)泥巖的強度在15到25MPa之間；上層煤層的底板也屬于砂質(zhì)泥巖，底板抗壓強度為23.5MPa，接觸水易膨脹。經(jīng)過水壓致裂法對地應(yīng)力進行測量后，得出垂直主應(yīng)力為9.68MPa，水平最大主應(yīng)力的方向為N72°E，大小為14.62MPa，而水平最小主應(yīng)力為7.35MPa。回風(fēng)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(yīng)用

對于軟巖礦井的支護施工，結(jié)合巖土特點和以往經(jīng)驗，其支護方式應(yīng)選用樹脂全長預(yù)應(yīng)力錨固組合。該礦井使用的錨桿規(guī)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(yīng)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(wǎng)、w型鋼護板與鋼筋網(wǎng)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(yù)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(yù)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(jié)果良好，巷道圍巖保持完整、穩(wěn)定，錨固效果較好，較有效地發(fā)揮出錨桿的性能。該礦井巷道錨桿錨固支護的設(shè)計如下圖。

結(jié)束語

本文分析了煤炭巷道錨桿錨固特點及其應(yīng)用，總而言之，在進行煤炭巷道錨桿錨固應(yīng)用前，應(yīng)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(shù)方式，盡量做到使受支護的圍巖部分避免出現(xiàn)離層、滑動、張裂等問題，確保礦井內(nèi)煤巖體的連續(xù)性和完整性。而對于環(huán)境復(fù)雜的巷道，應(yīng)采用強力錨桿進行支護，為了避免修護頻繁帶來的麻煩，應(yīng)盡量做到一次支護。