煤礦工程中的錨桿支護成套技術應用

李賓

摘 要：錨桿技術在煤礦工程中發護著重要作用，本文首先介紹了其優點和缺點，以及作用機理。然后從錨桿支護設計、材料選擇、圍巖地質力學測試等幾方面對錨桿支護成套技術進行了分析。

關鍵詞：錨桿支護成套技術；礦壓監測；巷道支護

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A

煤是我國的主要能源，隨著煤礦開采行業的發展，出現了許多開采技術，為我國煤礦事業做出了巨大貢獻。煤礦開采存在有一定的風險性，如何在安全開采的基礎上減少成本，以最低消耗取得最好效果是當前應考慮的重點。巷道支護是煤礦開采的關鍵，巷道支護技術也備受關注，錨桿支護技術憑借高質量、低成本等優勢在近些年被廣泛使用，為煤礦企業帶來了巨大效益。

1 錨桿支護技術

在煤礦開采中，通常需要挖掘一定的通道，即為巷道。巷道直接關系著運輸效率和作業人員的生命安全，為防止周圍巖石塌落，需對其進行安全支護。在不斷探索中，有很多種支護方法，如架設棚式支架、錨桿支護等，后者是當前應用較廣泛的一種。錨桿支護主要是對巷道圍巖進行加固，控制其變形、位移，維持其穩定性而采用的一種支護方法。先在巷道頂板及兩幫打孔，然后是用樹脂將錨桿錨固到巷道圍巖穩定的巖層或煤層中，以起到支護作用。

1.1 作用機理

關于錨桿支護技術的作用機理，可從以下幾方面了解：

①巷道圍巖在挖掘中可能會出現滑移、變形、張裂等現象，通過錨桿支護，可生成次生承載層，對以上現象加以控制，以維持圍巖結構的完整。這家要求錨桿自身的剛度和強度必須要高，有足夠的預緊力和破斷力。

②錨桿可有效提高錨固區周圍的巖體的粘聚力和強度，但主要用于低強度的巖體或煤體。在對中高強度的巖石進行錨固時，其作用并不十分明顯。在加固不連續面時，錨桿主要依靠其自身的軸向力和切向力來實現，在使其不滑動的前提下可有效提高結構面的抗剪強度，進而保證整個結構的穩定。

③為分擔錨桿承擔的荷載，擴大其作用范圍，可使用鋼帶，使荷載趨于均勻，進而形成組合支護系統，以降低因巖石彎曲造成的拉伸破壞。錨索是連接圍巖和次生承載層的關鍵部分，可充分調動深部圍巖的承載能力。

1.2 優勢及不足

與傳統的棚式支護方法相比，錨桿支護更加科學，具有較高的經濟實用性，無需過多設備裝置，成本較低；錨桿支護技術比較靈活，因是主動支護，實際使用時可結合具體情況加以調整，且工具制作的時間較短，容易操作；圍巖的形狀較為復雜，錨桿支護通過調整可增加支護阻力，以提高圍巖的承載力，維持圍巖的穩定；耗費能源較少，不會對周圍環境有嚴重的污染。其不足之處在于對周圍的條件匹配程度要求過高。

2 錨桿支護成套技術分析

在多年的實踐中，錨桿支護技術日臻成熟，取得了顯著成就，對其理論和成果進行總結分析，形成了一套系統化的錨桿支護成套技術，同時制定了相應的技術標準和制度，以推動該技術進一步發展。成套技術結構龐大復雜，涉及諸多領域，如錨桿支護設計、施工器械、礦壓檢測、圍巖地質力學測試、工程質量檢測等。

2.1 錨桿支護的設計

從當前煤礦開采狀況來看，巷道錨桿支護在設計時以動態信息法為主，即設計是一個動態工程，并非一次性完成。如此可實時收集所需信息，分析后對每個過程中的信息進行充分利用，以達到預期目的。設計的關鍵在于錨桿和錨索支護各項構件的匹配程度，若匹配程度較低，極易影響到整體支護效果。因此，錨桿托板、錨固劑以及螺母或其他組合構件，在力學性能及力學參數上都需和桿體強度相匹配。這些部件之間也同樣應保持高度的匹配。如采用的錨桿強度和預應力均較高，則托板應使用高強度的拱形托板，組合構件可選擇相配套的W型鋼帶，金屬網則使用同等強度的鋼筋網，令配備高強度螺母。若采用高預應力高強度的錨索，應選擇高強度的拱形托板。需確保每一項構件的完整性和穩定性，一旦出現問題，必會影響整體效果。

2.2 圍巖地質力學測試

測試對象有煤巖強度、地應力、結構測量等。以地應力測試為例，在井下采礦中，應力解除法和水壓致裂法是較為常用的方法。應力解除法是指借助專業的測量儀器對原巖應力及次生應力進行測試。而煤巖結構測量，隨著測量難度的增加和技術的發展，各種高科技測量設備相繼出現，如礦用電子鉆孔窺視儀，在測量煤巖的層理、離層以及縫隙時，因測速快、精確度高等優勢被廣泛使用。圍巖地質力學測試極為重要，只有準確掌握了各項參數，才能更加科學地對巷道支護進行布置。

2.3 錨桿支護的材料

選擇何種材料是錨桿支護發揮其作用的前提，材料優劣與支護結果有關，傳統的支護材料強度較低，逐漸發展成為高強度以及高預應力。在過去的煤礦作業中，經常會使用普通的Q235圓鋼黏結式錨桿，當前在少數礦區依舊有所應用。然而，現代煤礦開采條件越來越復雜，以往的材料難以滿足新的要求，因此研制出許多新型材料的錨桿。如高強度螺紋鋼錨桿支護系列材料。通過桿結構與形式優化，可使錨固效果有明顯的提升；開發錨桿專用鋼材，可達到高強度和超高強度的級別。在預應力錨索支護方面，目前已生產出專用于煤礦開采的大直徑、高噸位錨索，其直徑最大有22mm，能夠拉斷重600kN。

2.4 錨固與注漿聯合加固技術

在松散破碎的煤巖體中挖掘巷道，如果只采用錨桿支護技術，可能達不到理想效果。在新建或維修損壞的巷道時，僅使用錨桿支護技術同樣會影響到支護效果。因此，在實際工作時，應與其他技術相結合，如注漿技術等。結合巷道特點，開發出不同形式的注漿錨桿，在破碎煤巖體中，還引進研制出鉆錨注加固技術，解決了難成孔的破碎煤巖體加固難題。在小孔徑樹脂錨索的基礎上，研制出樹脂與注漿聯合錨固錨索。通過對注漿參數的控制，可起到加固的目的。水泥基材料是常用的主將材料，因圍巖條件復雜多樣，另外還有各種類型的化學加固材料，包括聚氨酯、脲醛樹脂等。

2.5 礦壓檢測和支護施工質量

為保證作業人員安全，應及時監測礦壓，先后研制出許多設備，可對錨桿、錨索受力等參數進行準確測量。當前以綜合在線監測系統為主。錨桿施工中應注意保證質量，為此，需對其質量進行檢測，開發出系列錨桿拉拔機、預緊力檢測器具、聲波錨桿錨固質量檢測儀等測試設備。

結語

在煤礦的挖掘開采工程中，為保證作業順利進行，經常需要開挖巷道。這就要求對巷道加以維護，避免出現巷道坍塌現象。 錨桿支護是常用的一種方式，在長期總結實踐中，逐漸形成了系統化的整套技術，需加大研究力度，進一步完善。

參考文獻

[1]朱均，李勇.淺談煤礦巷道錨桿支護在實際工程中的應用[J].低碳世界，2013，22（18）：109-110.

[2]王丹凈.煤礦建井施工錨桿支護探析[J].煤炭技術，2013，24（10）：134-135.

[3]王金華，林健，康紅普.煤礦巷道錨桿支護應用實例分析[J].巖石力學與工程學報，2010，27（04）：154-155.

[4]李晉華.煤礦巷道錨桿支護技術的發展與現狀[J].科技視界，2013，27（35）：109-110.

[5]王玉良.煤礦錨桿支護工程質量管理探討[J].中外企業家，2012，25（07）：156-157.