煤礦預應力錨桿支護技術的實際應用與發(fā)展

摘 要：隨著社會各行業(yè)對煤炭資源需求量的不斷提升，我國現(xiàn)有煤礦的煤炭儲量在大幅度縮減，在此背景下，為有效保障社會生產(chǎn)對煤礦資源的需求，深層挖煤技術得以涌現(xiàn)。在煤礦開采深度逐漸加深的同時，相應的開采難度及危險系數(shù)也趨于增大，為確保煤礦開采巷道的穩(wěn)定性和安全性，煤礦預應力錨桿支護技術在實踐中運用較多。文章圍繞煤礦預應力錨桿支護技術，進行相應的論述。

關鍵詞：煤礦；預應力錨桿支護；應用

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0047-02

我國社會生產(chǎn)對煤炭資源提出了較高的使用需求，隨著煤礦開采頻率及強度的提高，地表煤炭資源消耗殆盡，煤礦開采的深度逐漸增加。由于煤礦開采主要是通過巷道的延展得以完成，因此，深度較大的煤礦開采活動，需要高強度的支護技術加以輔助。現(xiàn)階段，煤礦預應力錨桿支護技術在陜北地區(qū)煤礦開采中應用較為普遍，其應用及發(fā)展前景較好。

1 煤礦錨桿支護技術發(fā)展概況

早期煤礦開采中，錨桿支護即已運用，主要形式是錨噴支護，由于早期煤礦開采并未涉及到較為復雜的開采環(huán)境，因此，錨桿支護技術能夠滿足開采需求，但這一階段的錨桿支護并不具備較高的強度。在煤礦開采趨于頻繁或開采地質條件復雜程度加深時，煤巷圍巖及采煤工作面條件有所變化，為確保煤礦開采巷道的安全穩(wěn)定，錨桿支護技術的強度得以提高，各種錨桿支護設備，如水泥錨固、機械錨固及樹脂錨固等各種錨桿逐漸涌現(xiàn)，并在開采實踐中得以應用，一定程度上保障了煤礦開采的安全高效。

伴隨著煤礦開采深度的加大，再受制于煤礦巷道的圍巖狀況的差異化，此類錨桿支護設備在性能上已難以應對復雜多變的開采環(huán)境。

基于煤礦開采環(huán)節(jié)巷道支護難以滿足開采需求而出現(xiàn)的煤礦開采事故，我國在1995年對煤礦開采支護技術進行了研究，形成了有關煤礦開采的支護規(guī)范。

煤礦開采錨桿支護技術在1997年得以深入研究，錨桿支護的設備及方法都有了極大改進，出現(xiàn)了動態(tài)支護及螺紋鋼錨桿，煤礦開采錨桿支護的強度得到提升，有效滿足了煤礦復合頂板及破碎頂板的巷道支護要求[1]。

進入新世紀后，我國煤礦開采深度在原有基礎上進一步加大，全煤巷道及圍巖較為破碎的巷道比重愈來愈大，相應地，煤礦開采巷道對支護技術提出了更高要求，在對煤礦錨桿支護技術加以深入研究后，我國在2005年研發(fā)并推廣了煤礦預應力錨桿支護技術，錨桿設備及錨索的強度也得到了大幅提升，截止到現(xiàn)階段，我國規(guī)模較大的煤礦開采，預應力錨桿支護技術的使用率達到了65%～90%，個別地區(qū)煤礦開采已100%運用了預應力錨桿支護技術，一方面為煤礦巷道的安全支護提供了技術及設備保障，另一方面我國煤礦開采中的錨桿支護技術趨于成熟，有效推動了我國煤礦開采的常態(tài)化、安全化運行。

2 煤礦預應力錨桿支護技術的基本原理

2.1 錨桿支護作用概述

錨桿支護可視為作用于煤礦巷道圍巖的加固技術，其起到的作用主要是保障巷道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)中，借助錨桿支護，煤礦巷道圍巖的強度得以提高，從而進一步保障了巷道的穩(wěn)定及安全性。從作用原理上分析，主要是錨桿支護能夠使巷道圍巖產(chǎn)生更強的摩擦及粘聚力，圍巖的性質得以極大改進，其穩(wěn)定性能更加突出。此外，錨桿支護過程還能夠提升圍巖強度，其作用機理是通過錨桿的作用，分解圍巖本身的剪力大小，從而使煤礦巷道不會受到圍巖太大的荷載壓力，由此提高了圍巖及巷道的強度表現(xiàn)。通過采用錨桿支護，圍巖在施力及受力等環(huán)節(jié)也能夠有所改變，一方面圍巖與巷道間的拉應力會借助錨桿得以消解，另一方面圍巖的摩擦力會得到提升，兩方面共同作用下，能夠使圍巖施加于煤礦巷道的壓力得以大幅度緩解。

2.2 預應力基于錨桿支護的原理分析

煤礦開采中錨桿支護技術在使用時需要較高的錨桿強度，在煤礦巷道對錨桿強度提出較高要求時，高預應力錨桿支護技術及設備的運用能夠使巷道更加穩(wěn)定，由此也能夠極大降低煤礦開采中發(fā)生事故的幾率[2]。煤礦預應力錨桿支護中，預應力基于錨桿支護的作用原理主要是通過對錨固區(qū)的圍巖的各種變形，如離層、裂縫等活動加以控制，從而使圍巖處于一個完整穩(wěn)定的狀態(tài)，保持圍巖的高強度不受內外力破壞，圍繞錨桿錨固區(qū)構建預應力承載及保護系統(tǒng)。在預應力錨桿支護中，錨桿所具備的預應力大小對支護的效果起到關鍵作用，同時，預應力錨桿的構件，如鋼帶、錨索、托板等，也具有極為重要的作用，通過預應力錨桿構件，可以充分地將預應力分散到煤礦圍巖結構中，從整體上提高圍巖及巷道的剛度。其中，預應力錨桿支護中的錨索起到的作用更為突出，一方面通過將煤礦圍巖及錨桿支護系統(tǒng)加以連接，能夠使煤礦圍巖具備更強的承載力，另一方面借助錨索傳遞的預應力，煤礦圍巖、煤礦巷道、煤礦錨桿能夠構成一個受力網(wǎng)，三方共同作用，能夠使圍巖支護效果更加明顯。

3 煤礦預應力錨桿支護技術的應用

預應力錨桿支護技術在我國眾多礦區(qū)中都得到了廣泛運用，其適用的煤礦巷道環(huán)境類型較為多樣，如礦井深度達到數(shù)千米的高應力巷道、圍巖較為破碎的巷道、圍巖較為松軟的巷道、斷面面積較大，受動壓影響較深的巷道等。下面結合陜北煤礦預應力錨桿支護技術使用情況，探究煤礦預應力錨桿支護技術的具體使用。

3.1 預應力錨桿支護

預應力錨桿支護如單獨使用，需要煤礦圍巖及巷道具備較高的性質特征，如圍巖的強度較高，圍巖形態(tài)及煤礦巷道較為完整時，可以只采用預應力錨桿支護技術，如不具備以上條件，如煤礦巷道較深，頂板不夠穩(wěn)定時，不宜單獨采用預應力錨桿支護技術。

3.2 預應力錨桿支護與錨索支護相結合

預應力錨桿與錨索支護相結合的支護方案在現(xiàn)階段煤礦開采中較為常用，這種支護方式可以充分發(fā)揮預應力錨桿及錨索的作用，使圍巖支護效果更加突出，還可以使適度擴大錨桿支護的覆蓋范圍，在具體應用中，錨桿及錨索可以并排及錯置，能夠充分做到對頂板、底板及兩幫的支護。

具體到陜北地區(qū)煤礦開采，由于其煤礦區(qū)域地質構造較為多樣，其頂板結構較為復雜，穩(wěn)定性不強，采煤工作面及其巷道受到動壓的影響較大，在頂板支護及兩幫支護中面臨著極大的困難，因此，陜北地區(qū)煤礦開采普遍選用煤礦預應力錨桿與錨索支護相結合的方式，以確保煤礦開采的經(jīng)濟性與安全性。如陜北礦業(yè)某煤礦，針對其頂板的不穩(wěn)定特點，通過強化錨桿及錨索的強度，開展拉拔力實驗等方式，有效發(fā)揮了預應力錨桿支護與錨索支護相結合這一支護方式的優(yōu)勢。

3.3 預應力錨桿支護、錨索支護及注漿支護相結合

在煤礦的圍巖及巷道較為破碎松軟時，此時預應力錨桿支護、錨索支護無法全面發(fā)揮其作用，通過將兩者與注漿支護加以結合，能夠最大限度地提升支護效果。注漿支護主要是通過漿液的粘結性，使圍巖的強度得以提高，從而為錨桿及錨索支護創(chuàng)造必要的支護條件，確保錨桿及錨索傳遞出的預應力能夠有效作用于圍巖及巷道，使煤礦開采過程中圍巖變形及擴容活動能夠被有效控制。

例如，陜北地區(qū)的某煤礦開采，針對其圍巖較為破碎松軟，頂板易遭水害的特點，在開采中運用了高強度錨桿、錨索及高壓注漿三者相結合的支護方式，克服了支護困難，提高了開采的安全性。

4 結 語

煤礦預應力錨桿支護技術在煤礦開采中的作用極為突出，煤礦預應力錨桿支護技術的發(fā)展過程伴隨著煤礦開采深度的逐步增加，現(xiàn)階段，隨著煤礦開采技術及理論研究趨于增多，煤礦預應力錨桿支護技術的發(fā)展前景也極為廣闊，煤礦開采的安全性及穩(wěn)定性也將得到更大幅度的提升。

參考文獻：

[1] 康紅普.煤礦預應力錨桿支護技術的發(fā)展與應用[J].煤礦開采，2011，（3）.

[2] 楊波濤.深部煤礦巷道預應力錨桿支護的研究和應用[J].煤礦現(xiàn)代化，2015，（3）.