不同條件下錨桿支護方式的應用研究

侯宇斌

(山西潞安工程有限公司，山西 長治 046300）

在采礦工程項目的開展中，當遇到巷道挖掘的施工問題時，常常要根據實際情況采取不同的施工措施。通常需要先將待開采煤層周圍的巖體搗碎，再因地制宜選擇相應的支護技術支撐住巷道空間，由此保障煤礦的開采具有足夠的作業空間，使得煤礦巷道的掘進工作能夠有條不紊地進行，而錨桿技術已經成為煤炭行業進行開采作業的首選方案。

1 煤礦巷道掘進中錨桿支護技術的使用條件

通常煤炭行業在進行巷道掘進工作時，首先都會考慮巷道周圍巖石的堅固度，它影響著錨桿支護技術的選擇。周圍巖層足夠的堅韌，錨桿支護技術在運用時可以起到很好的支撐保護作用，而且周圍巖石的堅固度還在對于地質應力強度的承載負荷能力。足夠的堅韌度可以保證在出現地壓過大情況時，頂板不會出現位移變化過大的情況，從而較好地發揮出錨桿支護的支撐保護作用。其次，在進行巷道掘進工作時，會對礦山的壓力造成一定的影響，導致礦山周圍巖層出現變形，而變形發展到一定程度可能引起巖石的斷裂，從而擠壓到煤炭巷道，擠壓會引起巖體位移或者壓松煤層的發生，嚴重時會導致巖層或地表出現塌陷事故。當施工過程遇到礦上壓力的作用,導致冒頂、底鼓、煤巖片幫、支架破壞等現象出現時，若不采取有效的措施，可能會導致煤炭施工過程中出現安全事故。另外，煤炭采掘過程會受巷道斷面形狀及尺寸的影響，在巷道掘進過程中經常會出現不同的斷面，不同的斷面上又分布著不同的應力，也會影響到錨桿支護技術對巷道周圍巖石的支撐作用。

2 錨桿支護技術在軟巖巷道中的應用

在選擇使用錨桿支護技術前，依照慣例會對地應力強度進行測試，采用鉆孔觸探的辦法來測量井下煤炭巖層的硬度，而鉆孔主要是為了衡量地下巖層能夠承受多強的壓力，從而根據巖層的堅硬度特點合理運用錨桿支護技術。軟巖礦井煤層的膠結相對較差，能夠經受的強度比較低，遇到水容易發生膨脹現象，而且還容易受到風化作用的影響，因此在進行巷道掘進工作時常常要面臨很大的難度[1]。

在進行巷道掘進時，遇到過比較典型的軟巖構造，由于其上部的巖層已經進行過回采工程，兩個煤層之間的底板距離只有6m，最遠不超過9m。另外，煤層之中還隱藏著其他的巖層，巖層的整體厚度積累到了5.99m，傾角達到15～16°，在測量后得知該單軸煤炭能夠經受的強度只有4.8MPa,而頂板和底板同為砂質泥巖，其中頂板能夠經受的強度為15～25MPa，單軸雖然具有易膨脹的特性，但抗壓強度也只能達到23.5MPa，而巖層的最大地應力方向位于N72°E，強度是14.62MPa,最小地應力垂直的主應力是9.68MPa，強度為7.35MPa?；谝陨蠝y量數據，當時選擇使用樹脂全長預應力錨固組合支護作為巷道掘進的工具。

圖1 軟巖回采巷道錨桿支護布置圖

這套工具中的錨桿材質為左旋無縱筋螺紋鋼，Φ22mm，長度為2.4m，頂板每排要有距離為900mm的7根錨桿，間隔850mm。如圖1所示，每排每幫還要有2根間距為600mm的錨桿，其中預緊力矩為400N·m。等到錨桿安裝完畢后，便逐漸開始給錨桿施加預應力，發現產生了受力減少的情況。等到距離巷道掘進的工作面只有19m的時候，發現受力開始有所增加，直到距離工作面119m后才漸漸趨于穩定，而在這個過程中錨桿受力的變化幅度并不大，能夠穩定控制在5kN左右。

3 錨桿支護技術在巖石巷道中的應用

在煤炭的巷道掘進工作中，常會采用二次支護的技術手段來解決千米深井高地應力巷道支護工作，但這種技術的弊端在于不能將巷道周圍巖石遭遇劇烈變形的情況進行有效控制，因此還要重視對于高預應力以及強力支護技術的使用[2]。潞安工程公司遇到過一個運行了多年-1100m的大巷，它的深度達到1270m，而介于7-9之間的煤巖層走向是300～310°，傾角是30～33°，主要由粉砂巖和中砂巖組成。測量后得知巖石主應力的方向是N3°E，介于22.8MPa和42.2MPa之間，其中垂直主應力為30.5MPa。最重要的是，當時巷道斷面形狀類似于一個直墻半圓的拱形，寬度是3.7m，墻高2m，還測出巷道掘進時的斷面面積大概是12.8m2?；谝陨蠝y量數據，選擇了用高預應力的樹脂加長錨固強力錨桿支護，并且還需要在其中運用混凝土進行加固。

圖2 深部層巖石大巷錨噴支護布置

潞安工程公司選擇的錨桿材質是左旋無縱筋錨桿專用螺紋鋼筋，長度2.4m，錨桿桿體Φ25mm，可經受的最大壓斷力是400kN，屈服力為294kN,延伸率達到18%，如圖2所示，頂板和錨桿的排距是800mm,每排設置有12根錨桿，底板的錨桿設為每間隔1000m就排有3根，距離為800mm。等到開始進行巷道掘進時，還在其中噴灑厚度30mm的混凝土，加固了錨桿的支撐力，而且還能將巷道中超挖的部分填上。等到錨桿安裝完畢后，便開始在掘進工作面50m處對錨桿進行施工，并再次噴灑混凝土120mm用來加固。后來在巷道掘進工作進行到11d，距離達到22m時，發現頂部較淺部分的離層量達到了33mm，而深部離層量則達到了9mm，總離層量是42mm。在掘進過程中，潞安工程公司發現錨桿的受力范圍是105～125kN，頂板錨桿的受力則達到了100kN，在巷道中進行的整體掘進工作比較順利，而且幾乎沒有產生位移的變化。因此，高預應力的樹脂加長錨固強力錨桿支護能夠適合千米深井應力巖層的支護要求。

4 錨桿支護技術在動壓強烈巷道中的應用

煤炭巷道掘進工作的開展需要顧及到方方面面的因素，而錨桿支護技術的選擇同樣也與巷道開挖表面的巖層構造有關[3]。因此，在應用錨桿支護技術時，可以選擇效果最佳的錨桿支護技術，控制圍巖離層或滑動等不利因素所造成的影響。一些煤礦在長時間的生產中，會形成巷道掘進與采煤工作對穿的強烈動壓，會影響到巷道掘進工作的安全。2202巷道工作面正在進行回采工作，與潞安工程公司目標巷道2203之間相距23m，其中還有一條回風巷需要進行掘進作業，但由于2202巷道正在回采，所以潞安工程公司工程師決定讓2203巷道掘進工作在2202巷道回采前盡快開展。當時是需要先掘進埋深為325～396m的瓦排巷，其中煤炭巖層的單軸抗壓強度為8MPa,直接頂是泥巖成分，測量的厚度是3.62m，之后再掘進回風巷，因此瓦排巷在掘進時難免會受到回風巷掘進以及2202巷道回采的影響。后來基于對數據信息的分析，認為瓦排巷的施工應選擇高預應力、全長預應力錨固、短強力錨索的支護方式。

其中錨索的索體是長度為4.3m的1×19的Φ2mm鋼絞線。端部使用樹脂增加預應力，錨固使用水泥漿即可。其中錨索上的托板是300mm×300mm×16mm的能經受高強度的可調心托板，錨索排距為1200m，每排設間隔900m的5根錨索。施工后發現這種支護方式確實可以很有效控制離層和位移的情況，能夠讓巷道在施工中可以保持圍巖完整，為掘進工作起到了良好的支護效果。

圖3 全斷面錨索支護布置圖

5 結語

煤炭巷道掘進工作的順利進行，必須要做好巷道巖層的支護工作。在施工過程中，要提前對煤巖層進行考察測量，綜合分析礦山地質地貌特點，綜合分析測量出數據信息，再合理選擇錨桿支護工具，還要及時做好巷道掘進的保護工作，確保錨桿工具的支撐強度能夠保障巷道工作的安全性，從而保證工作人員的生命安全，使得工程項目能夠安全進行。