探析高強錨桿在深部煤礦巷道支護中的應用

盧林

摘 要：煤礦開采業是一項危險系數較高的行業，煤礦巷道的支護措施是否可靠不但關系到巷道本身的安生生產性能，而且關系至礦井下采礦人員的生命安全。良好的巷道支護措施既能提高開采效益以能保證巷道及礦井人員的人身安全。本文從錨桿支護系統出發，對高強錨桿在深部煤礦巷道的應用進行探析研究。

關鍵詞：錨桿 煤礦巷道 支護

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0047-01

我國煤礦巷道以矩形類的斷面居多，存在直角與夾角，巷道的應力分布不均勻，受力差，此外，為了提高煤炭資源的回收利用，巷道通常采用小煤柱或無煤柱形式。而煤礦的生產條件主要表現為煤巖體強度低，動壓強烈，層理節理發育，導致巖層極易離層垮落，對于深部煤礦巷道，地應力高，沖擊地壓明顯。因此，煤礦巷道及開采條件決定了煤礦巷道結構及其支護措施的復雜性，尤其對于深部煤礦巷道，復雜困難的巷道情況對支護技術的要求更為嚴苛。

1 高強錨桿支護系統分析

1.1 錨桿支護理論

從錨桿對煤巖體支護作用出發，學者提出多種錨桿支護理論，傳統的錨桿支護理論有懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論等。懸吊理論是最早開始研究的錨桿支護理論，它的的特點是簡單易懂并且使用方便，在松散及破碎的巖層條件下應用及為廣泛，其缺點是對錨桿的抗拉作用考慮過多，對錨桿抗剪能力考慮過少，從而導致松散破碎巖層整體強度沒有得到有效的提高；組合梁理論是從層狀巖層的實際中發展出來的，該理論充分研究了錨桿與層巖的離層與滑動作用，指出錨桿產生的軸向力能對巖層的離層產生牽拉作用，增大了各巖層離層之間的摩擦力，從而與錨桿的抗剪力一起對巖層的滑動起到了有效的阻止；加固拱理論認為無論是在何種煤礦巷道下，安裝錨桿可以形成一個穩定的承載結構，其要求是只要錨桿之間的距離足夠小，一個均勻的壓縮帶就能在巖體中產生，其作用是即使上部的巖層被破壞，錨桿也仍能承受來自上部破碎巖層的荷載。該理彌補了懸吊理論沒有考慮至支護整體強度提高的缺陷，相反加固拱理論對錨桿的整體支護作用進行了充分細致的考慮和研究，因此，在目前的軟巖煤礦巷道中得到了廣泛的應用并取得了良好的成效。

1.2 錨桿支護的適用性分析

錨桿作為深入地層的受拉構件，它一端與工程構筑物連接，另一端深入地層中，整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區域，其功能是對錨桿施加預應力；錨固段是指水泥漿體及預應力筋與土層粘結的區域，其功能是將錨固體與土層的粘結摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。而在千米深井的巷道、軟巖巷道、動壓強烈巷道或矩形大斷面巷道等條件復雜的深部巷道中多采用高預應力、強力錨桿。在這些情況下使用高強錨桿能對圍巖的強烈變形起到有效的控制作用，其支護效果也往往十分顯著。本文以下主要就高強錨桿在深部煤礦巷道中的支護應用展開分析。

2 高強錨桿在深井巷道中的支護應用

應用高強錨桿對深井巷道進行支護，其應用的關鍵是錨桿支護成套的技術支持。這個龐大的系統中包含對巷道圍巖地質的勘測、錨桿的支護設計、支護材料的選用、施工程序、支護工程的質量檢查以及礦壓的監測等等。以下主要就錨桿的支護設計、支護施工程序及工程質量檢查等方面進行重點探討。

2.1 錨桿的支護設計

在千米的深部煤礦巷道里，為了解決高地應力巷道的支護難題，一般采用錨桿與錨索支護相結合的方法。而在千米以下的深部巷道中，使用二次支護技術已經不能有效地控制巷道圍巖的強烈變形時，則應該考慮采用高預應力、強力錨桿來進行支護。

在利用錨桿與錨索聯合支護時，在所加固的巖體周圍會形成預應力，只要設計好錨桿和錨索的間距，每一個錨桿所產生的預應力會相互疊加，最終在群錨的作用下產生巨大的預應力。對于錨桿和錨索的支護方式設計要充分考慮巷道巖石的完整程度、巖石的硬度及其節理情況。此外，對地應力及錨桿的使用年限及受動壓的影響情況等也要加以綜合考慮。在深井煤礦的巷道支護設計中，由于礦頂層的易碎性，在其支護設計中最常用的是錨桿與錨索配合金屬網的聯合支護方式，錨桿與錨索的韌性相對小，抗彎強度不高，容易貼合頂層，但其所能承受的負荷也相對較小，因此，若深部巷道的頂層平整則常考慮用錨桿及錨索對直接頂進行加固處理，因為錨桿與鋼梁所能承受的負載更大，對于偽頂通常采用錨桿進行加固，而錨桿通過使用拉桿而產生的擠壓力能減小或消除下位巖層中的拉應力，最后形成一種類似桁架的承載結構，使頂板巖層受壓，拉桿受拉應力。當頂板具有較好的完整性和較大的分層厚度時，通常采用錨桿與錨索相結合的支護設計，錨索要求長度較長，能在圍巖上部形成一個防止圍巖松動及變形的加固拱，確保巷道的穩定。在實際應用中，經過數值模擬分析，深井巷道支護形式為高預應力、加長錨固強力錨桿，并噴射混凝土。

2.2 高強錨桿支護的施工流程及其質量檢查

高強錨桿的施工流程可用以下簡圖示意。

材質檢驗—機具率定—鉆孔—清孔—團結灌漿（根據坍孔條件而定）—掃孔—清孔—錨桿組裝—運輸—穿束—內錨固段灌漿—外錨頭砼制作—張拉—鎖定—觀測（抽樣檢查孔）—封孔灌漿—封固外錨頭。

高強錨桿要求高強精軋螺紋鋼筋有產品性能指標，并在每批鋼筋中隨機抽查，截下鋼筋的端頭做材質檢驗，以判斷其性能是否達標；其次若材料中出現強度、延伸率、彈性模量等任何一項達不到施工技術要求或是出現銹蝕、碰傷等問題時，均不能在施工中使用；施工中要注意高強精軋螺紋鋼筋的截斷應用砂輪切割機，嚴禁使用電氣切割等方式，此外，要檢查預應力高強錨桿所用的連接器，錨具、錨墊板均需檢驗是否達到設計要求，內錨頭固定段水泥砂漿及外錨頭自由段水泥砂漿的標號均要求達到施工標準。在錨桿施工質量檢測方面，采用錨桿拉拔計、錨桿預緊力檢測器及聲波錨桿錨固質量檢測器進行錨桿施工質量檢測。

3 結語

在深部煤礦巷道中，使用高強錨桿對巷道進行支護，其作用主要是為了防止錨固區圍巖發生滑動或產生裂隙而張開，讓煤巖體處于一種完整和連續的狀態，增強其受力能力；在支護巷道的過程中，對支護起決定性作用地是錨桿預應力及預應力的擴散程度。對于在深井巷道中，把握好高強錨桿的支護施工的工藝流程，做好質量把關工作，則高強錨桿的應用能為深部煤礦巷道的提供良好的支護。

參考文獻

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