論錨桿支護技術應用與礦壓顯現特點

蔡國彬

摘要：支護參數設計是實現巷道穩定性的關鍵所在，當支護形式確定后，參數設計正確與否將直接影響支護效果和經濟效益。為支護參數設計所提供的支護強度不夠，即使支護形式是合理的，也不能控制巷道圍巖的變形和破壞，最終導致巷道不得不翻修，影響正常生產和經濟效益；錨桿支護巷道圍巖礦壓顯現規律也有差異；筆者以某礦現場觀測的數據表明，典型的礦壓顯現現有三種情況；巷道水平變形大（兩幫相對移近量達）；巷道底鼓變形大；巷道垂直變形大。

關鍵詞：煤巷；錨桿支護；圍巖分析

錨桿支護具有同傳統的被動支護完全不同的支護特性，它具有主動支護和加固圍巖，以及保持圍巖完整性，減少圍巖位移，同時還具有支護費用低廉的特點，但是，錨桿支護只有在一定的生產和地質條件下才能取得理想的支護效果。即將圍巖暴露后沒有產生大面積的松動破壞和片幫冒頂現象，在某種程度上仍保持為一個整體。在此前提條件下進行安裝錨桿，使圍巖體得以加固。現場實踐表明，盲目使用錨桿支護導致圍巖破壞，造成損失，影響生產。因此，必須進一步改革錨桿支護形式，使之提高使用效果，充分發揮錨桿支護的優越性。

一、錨桿支護在煤層中的應用

雖然是同一煤層，采取同一種支護方式，但地質條件有所不同，支護效果卻不同。一般情況下，直接頂為深灰色細砂巖，厚4～5 米，成分石英及暗色巖屑，呈條帶狀；沖涮帶內為砂礫巖；偽頂為深灰色砂質泥巖，厚度為0～1.5米，硅質成分，含植物根化石，底板為深灰色砂質泥巖，厚度為1～1.5米，硅質成分，含植物葉化石。成巷期間巷道圍巖很穩定；由此可知，圍巖暴露出來后，通過支護，基本保證了巖體的完整性，較適應錨桿支護，但是水平變形較大，這主要是由于兩側煤體比頂、底板弱，穩定性差造成的，應當加強幫錨桿支護，如增加幫錨桿長度，增加幫錨桿密度等，改變上下兩排幫錨桿角度，使這兩排幫錨桿盡量錨固在頂、底板里。

還有一種情況，直接頂為灰色粉砂巖—砂質泥巖，厚為1.8米，硅質膠結，砂泥質成分，含大量植物化石，上部有一層厚0.2～0.8米的煤線；偽頂為深灰色砂質泥巖，厚0.1～0.5米，泥質成分，含植物根化石。在此條件下，同樣采取了常規錨桿支護方法，可效果卻完全不同，成巷期間很不穩定。表2是巷道掘進期間的礦壓觀測數據。不難看出，圍巖暴露后，自穩時間短，未能通過錨桿支護將圍巖加固成一個整體，松散范圍逐漸擴大，從而造成破壞區巖體的殘余強度也逐漸喪失，直至產生冒落。T1451風道掘進期間，其礦壓顯現待掘時，長10米的巷道突然垮落下來，從上頂觀察來看，錨桿上段來看未能錨在堅固的巖體中，而是錨在了軟弱的煤線上，所以在此條件下不適應常規錨桿支護，應該在設計上根據具體情況，采取全錨，加密錨索等。

二、巷道礦壓顯現的特點

（一）暴露圍巖的自穩時間短

松軟破碎圍巖在掘進過程中，工作面前方就開始形成破壞區，圍巖暴露出來后，未能及時支護，從而造成破壞區巖體的殘余強度逐漸喪失，直至產生冒落。片幫等現象。五煤層水平變形大，就是反映了兩幫錨桿支護滯后，忽視了護頂先護幫的原理；八、九合區煤層以底鼓變形大，同樣反映了由于弱面的存在，支護也未能跟上。因此，自穩時間的長短是決定掘進巷道錨桿支護的主要因素。

（二）圍巖從四周向巷道內移動

巷道一旦被挖掘后，就會失去原巖應力狀態，支護就是抵抗圍巖失去平衡的支護結構體，因為破壞區是環繞巷道四周的，故圍巖暴露后，頂、底板和兩幫向巷道內移動。有統計數據說明，支護后，錨桿與圍巖的接觸條件和支護的結構特點決定著圍巖與錨桿支護的變形和破壞特征。對圍巖來說，哪一部分圍巖強度較弱，該部分的移動變形量就越大，成巷后的圍巖變形首先要在弱的一面發生。另外，哪一部分沒有支護或支護較弱，該部分的移動量就較大，甚至發生破壞。所以對軟巖巷道來說，那種認為哪一方向變形破壞嚴重，哪一方面圍巖壓力較大的看法是不全面的。

（三）圍巖流變形顯著，趨于穩定的時間長，圍巖的移動量范圍較大

由統計數字表明，錨桿支護引起巷道周圍的應力重新分布，拱型支護 巷道一般影響范圍為80米，穩定時間為11天左右；從支護與圍巖作用分析來看，拱型支護只是等勁，帶破壞區向巷道四周移動過程中逐漸作用在支架上，然后支架才起作用，是一種被動支護；在巷道周邊處環向集中應力最大，向著圍巖深處逐漸降低，而圍巖強度高低情況則相反，實際上，任何一點的應力一旦達到或超過巖體強度，巖體就會發生破壞，同時最大集中就移向巖體深處，趨于穩定的時間越長；錨桿支護巷道影響范圍小，一般40米穩定時間在3天左右，由此可知，錨桿支護可以將巖體加固成一個完整的巖體，這是筑成增加抵抗能力的主動支護，所以使用圍巖內的應力處處都不超過巖體的登時強度，致使圍巖達穩定狀態。

三、五點建議

（一）綜上所述，對煤巷錨桿支護巷道根據圍巖的工程性質和礦壓顯現特點，通過對圍巖變形的監測，按具體情況采取各種支護措施控制和提高包括破壞區以內的巷道圍巖強度和穩定性，使巷道在服務區內不需要進行維修。

（二）提高圍巖的自穩能力，如對松軟的頂板或煤體采用拱頂形式支護。

（三）及時支護，防止破化區域面積增大。如兩幫錨桿支護應與頂錨桿支護同步進行，才能保證圍巖的穩定，滯后必須有專人緊固螺絲。

（四）采用閉和式錨桿支護關鍵是控制底鼓，并使錨桿有足夠的承載能力。如采用帶低拱的錨桿支護，或改變錨桿設計，控制底板變形或變形范圍，以達到有利于幫、頂錨桿支護的穩定。

（五）錨桿支護必須保證圍巖均勻受力。endprint