淺談煤礦掘進巷道錨桿支護方式的應用

帥文東 廖祥奎

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

淺談煤礦掘進巷道錨桿支護方式的應用

帥文東 廖祥奎

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

在煤礦掘進巷道中使用錨桿技術進行支護施工，不僅可以有效加固巷道，提高其穩(wěn)定性，還能夠改善對巷道的維護狀況。本文針對錨桿支護技術的施工設計與要求、具體施工技術以及施工注意事項等方面進行了探討，以供參考。

煤礦；掘進巷道；錨桿支護；應用

引言

錨桿支護技術是一種快速支護施工技術，運用于煤礦巷道掘進過程中，不僅可有效提高巷道支護效果，而且能夠確保掘進速度的提升，強化巷道圍巖的強度，提高圍巖的穩(wěn)定性。此外，錨桿支護還具有良好的經濟性，成巷速度快，巷道斷面利用率高，因而能夠有效改變作業(yè)環(huán)境，提高煤井作業(yè)安全性，有利于礦井開采經濟效益的獲取。

1 巷道支護概述

巷道支護施工，其目的主要是改善圍巖的穩(wěn)定性，控制圍巖運動與發(fā)展的速度，從而達到維護工作空間安全的目的。支護施工重視圍巖的承受力及其結構，設置人工支護只是為了改善和提高圍巖自身支持能力。圍巖不僅是施載物體，又是承載結構體，圍巖承載圈和支護體是組成巷道的統(tǒng)一體，是一個力學體系，是同時承受鉛垂與水平作用力的厚壁圓筒，巷道的開掘與支護都是為保持與改善圍巖的自持能力服務。巷道的支護技術可以按照所使用的支護材料進行分類，其中包括木棚、金屬支架、混凝土或料石砌碹及錨噴等支護方式。巷道使用木材進行支護，是采礦工業(yè)最早采用，也是最廣泛采用的方式。但是，由于木材存在易腐朽、強度低、易燃等缺點，逐漸被其他支護方式取代。現(xiàn)代的礦井中，開始使用裝配式的鋼筋混凝土支架、金屬支架、錨桿支護及錨噴支護，而錨桿支護更是逐漸取代其他的支護方式，成為礦井巷道的主要支護辦法。

2 錨桿支護技術

2.1 不同錨桿支護方式的支護

所謂的錨桿支護，其實就是通過在巷道圍巖中錨入錨桿的方法來加固巷道，以便達成錨桿的支護作用（見圖1）。不同于一般的支架，錨桿不僅可以承受圍巖地壓，還可以通過改變圍巖結構來改進圍巖的力學狀態(tài)。這樣一來，巷道內就會出現(xiàn)穩(wěn)定的巖石帶，繼而通過錨桿與圍巖的共同作用完成對巷道的支護。

圖1 巷道錨桿支護截面示意圖

采用不同的支護方式，則可以達成不同的支護作用，目前大多數(shù)的巷道施工以組合錨桿支護方式為主。

（1）相較于組合梁錨桿支護，組合拱錨桿支護可以將多層破碎的圍巖錨固起來，以便使圍巖的拱形結構的承載能力得以提高。所以，組合拱錨桿支護可以起到防止圍巖變形的作用，有利于提高圍巖的穩(wěn)定性。

（2）在巷道圍巖為多層次的巖石層結構時，可以采用組合梁錨桿支護方式。具體來講，就是利用錨桿將多層圍巖錨固成巖石板梁，以便使圍巖得以穩(wěn)固。而由于錨桿具有抗剪能力，所以可以防止圍巖出現(xiàn)層間錯動。同時，利用該種支護方式，還可以使頂板的抗彎能力得以加強，繼而使頂板具有較強的承載能力。

（3）懸吊式錨桿支護是早期得到發(fā)展的錨桿支護方式。在層狀圍巖中，利用錨桿將不穩(wěn)定的巖層懸吊起來，可以使巷道更加穩(wěn)定。但是，在圍巖本身的穩(wěn)固性較差的情況下，采用該種錨桿支護方式則不利于巷道的穩(wěn)定。

2.2 錨桿支護作用分析

2.2.1 懸吊作用論

懸吊理論，是將巷道表層的圍巖用錨桿懸吊起來，錨固在深層的圍巖上，這種解釋存在一定局限性，例如：巷道圍巖存在形狀大小合適的破碎圍巖體，此圍巖體在不支護的條件下可能自行跨落，這時用錨桿懸吊起來，以保持巷道周邊的完整性，否則不成立。

2.2.2 組合梁理論

煤系地層是同一種巖層，其圍巖大多為層狀。較為典型的有泥巖、頁巖等，有的層理還處于發(fā)育階段，如果采用錨桿將這些層狀圍巖錨固成一個整體，則可以有效增強其承載力。但是這種組合梁理論也有缺點，例如：施工相對破碎，需要依靠自身摩擦和相互擠壓，達到穩(wěn)定要求。

2.2.3 組合拱理論

組合拱錨桿支護與其他支護技術相比較，更加適用于巖層過于破碎的地質狀況工程，能夠在有效維持圍巖穩(wěn)定性的同時，起到支護效果。例如：在一些斷面較大的巷道或拱型巷道中，如果采用組合拱錨桿支護，可以將多層破碎圍巖錨固起來，從而減少圍巖跨落，依靠巖石層之間的相互摩擦和擠壓，提高拱形結構的承載能力，防止圍巖發(fā)生變形，促進其安全與穩(wěn)定（見圖2）。

圖2 組合拱理論

3 煤礦掘進巷道錨桿支護的應用

3.1 設計與施工

在應用錨桿支護技術的過程中，需要遵循相應的設計要求。作為煤礦巷道掘進的前提，支護設計是錨桿支護施工前的工作，直接關系著錨桿支護作用的發(fā)揮。在設計的過程中，需要預先完成對煤礦巷道情況的探查。具體來講，就是完成巷道斷面形狀和穩(wěn)定性的觀測，并分析巷道掘進中的巖石松動問題。一般的情況下，巷道的掘進工作將使巷道承受一定的受采動壓力。而在掘進初期對圍巖松動圈的形狀進行觀測，則可以根據(jù)觀測情況設計錨桿支護方式。比如，在圍巖松動圈的大小超出原來的2～3倍時，則可以確定巷道結構在掘進過程中將發(fā)生較大的變動。所以，需要以大松動圈為錨桿支護設計的參照標準，以便更好地發(fā)揮錨桿支護作用。

在施工的過程中，還需遵循相應的施工要求完成錨桿支護施工。根據(jù)實際的巷道掘進情況，錨桿支護施工需要做到規(guī)范化和標準化：①需要確保施工人員具有足夠的安全意識，為了規(guī)范施工人員的行為，則需要在巷道內完成警示牌的設置，并將其固定在較為醒目的位置；②需要加強對施工人員的監(jiān)督和管理，并完成對施工作業(yè)過程的監(jiān)督，以便使錨桿支護施工更加規(guī)范；③針對較為復雜的巷道，需要利用點柱、架棚等多種方式增加錨桿支護的強度，繼而使錨桿支護施工質量得到保證；④在施工的過程中，不能使用鋼帶和金屬網等永久起吊設備；⑤注意定期完成對錨桿支護效果的檢查，并完成支護錨桿和頂板的檢修工作。

3.2 在巷道支護施工中的應用3.2.1修復巷道

錨桿支護能夠有效地修復巷道，尤其對于一些處于采動影響區(qū)域內的巷道，實施的支護通常是整體混凝土支架支護，其支架容易受到裂隙破壞。此時，可在支架破壞處使用錨桿支護作為巷道的補充加強支護。例如，當巷道產生浮石時，通過破壞部分鉆孔，并安裝鋼筋混凝土錨桿，附帶槽鋼及其它型鋼做的錨梁。在發(fā)生事故時，常常發(fā)生巷道頂板巖石冒落并形成自然平衡拱。這時巷道頂板用錨桿支護好。在錨桿的保護下，清除冒落巖石，當清理完地板巖石時，再用錨桿把巷道的下部錨固好。

3.2.2 防治巷道底鼓

錨桿加固是防治巷道底鼓強有力的措施。錨梁通常與巷道橫交，用錨桿把它緊緊地拉向巷道底板。可以用金屬錨桿，也可以用鋼筋混凝土錨桿，其中包括鋼絲繩錨桿。在后一種情況下，用藥壺爆破法在鉆孔的底部形成一個擴大孔。沿巷道斷面的一段鋼繩作成繩套，隨著繩套的不斷形成，把它引入鉆孔底部。在巷道底板處，鋼絲繩放在特設的窩槽里，這不會妨礙巷道臥底。實踐證明，錨桿支護能使巷道底鼓平均減緩30～60%。

3.2.3 加固水平間煤柱

如果開采的是急傾斜厚煤層，其水平間的工作面邊緣煤柱，必須采取支護措施。而使用錨桿支護技術，則可以實現(xiàn)較高的經濟效益。在使用錨桿支架以前，水平間的煤柱要根據(jù)煤層厚度用單排或雙排的桁架式支架來支護，在工作面與回風順槽的交叉點要安裝木托梁。此時，超前工作面1.5～2.0m安裝桁架式支架。用錨桿支護水平間煤柱的成功經驗成為用無人采煤方法開采急傾斜煤層使用錨桿支架的基礎，這種采煤法用在平行于回采工作面鉆的長孔里放炸藥包爆破落煤。

3.3 施工重點

（1）在進行錨桿孔施工時，需要嚴格按照相關規(guī)定檢查錨桿孔的設計情況。根據(jù)相關要求，需要合理完成錨桿孔間距的調試，并在圖紙上做好標記。一般的情況下，錨桿孔間距應不超過100mm，而錨桿孔軸的偏差也應超過5°。在深度上，錨桿孔深應該超出錨桿長度，但是需小于錨桿長度的30mm。在施工的過程中，則需要使錨桿端部處于孔底位置，并使尾端暴露長度小于20mm。在具體施工之前，需要將懸浮在圍巖表面的活石鑿掉。針對容易發(fā)生冒落的位置，則需要先架設臨時支護，以便安全地完成錨桿孔的施工。施工完成后，則需要將孔內的巖粉和積水清理干凈。

（2）在安裝錨桿時，需要利用機械將錨桿扭緊。同時，還需要保證錨桿托盤緊貼巷道，并將托盤后的渣子清理干凈。

（3）在施工現(xiàn)場，需要預先準備好緊力扳手和測力計，以便較好的完成拉力試驗。此外，一旦遭遇煤炮、頂?shù)装逡平吭黾樱只蚴前l(fā)現(xiàn)頂板突發(fā)性片幫掉渣和鉆進速度異常等現(xiàn)象，則需要立刻停止施工。在完成原因的分析后，則需要采取措施才能繼續(xù)施工。

4 結語

錨桿支護技術不僅能夠良好發(fā)揮錨桿支護作用，同時還具有支護成本低、應用便利、圍巖穩(wěn)定等優(yōu)點。施工人員應當了解錨桿支護技術在巷道中的具體應用，以滿足相應的設計和施工要求為前提，掌握施工重點，以便加強錨桿支護施工的安全性，繼而更好地完成錨桿支護技術的應用。

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TD353.6

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1004-7344（2016）03-0158-02

2016-1-10