礦建巷道用支護(hù)錨桿參數(shù)的選擇與優(yōu)化

魏文祥

（河南能源新疆龜茲礦業(yè)，新疆 庫車 842000）

引言

作為當(dāng)下煤礦開采的主要方式之一，地下巷道方式的有效應(yīng)用事關(guān)煤炭生產(chǎn)的穩(wěn)定與高效。就當(dāng)下巷道掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而言，通常包含了破巖以及巷道支護(hù)等幾個主要部分。而在巷道掘進(jìn)作業(yè)的開展過程中，為了保證巷道的穩(wěn)定以及周邊圍巖的牢固，也必須采用可靠的支護(hù)方式。故加強(qiáng)支護(hù)錨桿參數(shù)的選擇與優(yōu)化創(chuàng)新也尤為必要。

一、礦建工程巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的特點

（1）錨桿支護(hù)機(jī)械化程度高。在以往的煤炭開采工作職工，我們采用的都是棚式支護(hù)，這種支護(hù)形式已經(jīng)不適應(yīng)時代發(fā)展的需要了。工業(yè)發(fā)展越來越快之后，機(jī)械化的工作越來越受到人們的重視。錨桿支護(hù)技術(shù)就是較大范圍內(nèi)的應(yīng)用了機(jī)械化。由于棚式支護(hù)在實際操作的時候需要人為的去施工。錨桿支護(hù)技術(shù)不需要人為去安裝，節(jié)省了人力資源，降低了安裝工人的危險性。（2）錨桿支護(hù)技術(shù)科技含量高。我們知道錨桿支護(hù)技術(shù)更多的應(yīng)用了先進(jìn)的技術(shù)，在未來的發(fā)展過程中，我們需要加大對支護(hù)技術(shù)的提升。在實際施工的時候，需要結(jié)合工程的實際狀況對自己的技術(shù)進(jìn)行升級。也可以引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)或者系統(tǒng)，例如BIM技術(shù)，通過模擬在巷道中的支護(hù)工作，發(fā)現(xiàn)并解決問題，保證巷道的安全。（3）錨桿支護(hù)技術(shù)支護(hù)強(qiáng)度高。錨桿支護(hù)是對巷道內(nèi)壁的巖石和土壤等進(jìn)行加固，防治其出現(xiàn)塌方的事故。錨桿支護(hù)技術(shù)比以往的支護(hù)技術(shù)，不僅僅方便了施工，更提高了巷道的整體支護(hù)強(qiáng)度。在實際施工的過程中，需要根據(jù)巷道的具體情況進(jìn)行分析，對于一些土質(zhì)或巖石較為松懈的地方需要延長錨桿的長度，或者加大對錨固劑的使用。（4）錨桿支護(hù)技術(shù)具有靈活多變的特點。錨桿支護(hù)技術(shù)是為了保證巷道的安全性，但是每個煤礦的實際情況又存在著差異，為了保證錨桿支護(hù)技術(shù)的順利應(yīng)用，需要使用人員根據(jù)工程實際狀況進(jìn)行調(diào)整。在開展礦建工作的時候，需要制定一個系統(tǒng)性的施工計劃，并制定施工組織設(shè)計，施工的時候嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計開展工作。對于一些強(qiáng)度要求較高的土質(zhì)需要施工人員采用強(qiáng)度高一些的支護(hù)技術(shù)。

二、巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

（一）巷內(nèi)支護(hù)

1.基本支護(hù)

在巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要有關(guān)施工人員能夠了解該技術(shù)相關(guān)知識的同時，還能掌握有關(guān)技術(shù)應(yīng)用的要點，結(jié)合實際情況進(jìn)行合理的應(yīng)用，以起到良好的支護(hù)作用，發(fā)揮出該巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的作用。就巷道掘進(jìn)中支護(hù)工作的類型而言，主要分為巷內(nèi)以及巷旁支護(hù)，而巷內(nèi)支護(hù)是最為基本的環(huán)節(jié)，做好其中的基本支護(hù)工作也是基本的要求，而要想真正提高基本支護(hù)的水平，就需要做好以下幾點：首先，在實際進(jìn)行基本支護(hù)的過程中，需要有關(guān)人員能夠注重對于支護(hù)形式的確定，結(jié)合實際預(yù)應(yīng)力、錨桿以及這支護(hù)系統(tǒng)方面的要求進(jìn)行合理的選擇，可以加強(qiáng)錨索與強(qiáng)力錨桿之間的預(yù)應(yīng)力，加強(qiáng)各個環(huán)節(jié)的控制，以保證圍巖以及周圍環(huán)境的穩(wěn)定性以及為安全性。其次，還需要做好支護(hù)材料的準(zhǔn)備工作，因為圍巷道里的圍巖是容易被破壞的，所以在進(jìn)行挖掘作業(yè)的過程中，就要注意盡量選擇具有高延伸性以及高韌性的支護(hù)材料，通常而言，錨桿的組合構(gòu)建為鋼帶，以保證作業(yè)環(huán)境的穩(wěn)定。最后，還需要加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)方面的考量。采用數(shù)值模擬的方式來進(jìn)行實際對比，然后總結(jié)礦建工程的實際經(jīng)驗，則能確定錨索和錨桿支護(hù)的具體參數(shù)數(shù)值。

2.加強(qiáng)支護(hù)

在進(jìn)行巷內(nèi)支護(hù)的過程中，除了要做好基本的支護(hù)工作外，還需要注意加強(qiáng)支護(hù)，以更好的保證圍巖的穩(wěn)定性，推進(jìn)相關(guān)作業(yè)的順利進(jìn)行。為此，這就要求有關(guān)單位以及工作人員能夠積極的采取有效的控制措施，一般而言，在加強(qiáng)支護(hù)的作業(yè)階段，可以采取以下措施。首先，就是單體支柱配頂梁，這種措施具有一定的應(yīng)用效果，該加強(qiáng)支護(hù)的設(shè)置，可以預(yù)防頂板的下沉，并有效控制頂板巖層離層，很大程度上可以保障頂板的完整性，以及為巷道掘進(jìn)作業(yè)提供安全寬敞的施工空間，從而保證掘進(jìn)作業(yè)順利運(yùn)行。其次，還可以專門設(shè)定的加強(qiáng)支護(hù)液壓的支架。在這一加強(qiáng)支護(hù)的設(shè)置中，主要是有頂梁、底座、立柱和四連桿等方面機(jī)構(gòu)做成，通過采取該措施，能夠進(jìn)一步實現(xiàn)其推拉的自由移走。

（二）巷旁支護(hù)

在巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)中，巷旁支護(hù)也存在較多的形式，而應(yīng)用最廣地是充填式巷旁支護(hù)。該類支護(hù)方式在充填體變形性能以及充填體的強(qiáng)度性能方面具有較高的要求。一般來說，只有具有較好的變形性能和較高的強(qiáng)度，才能有效適應(yīng)基本頂巖層旋轉(zhuǎn)下沉引起的變形，并且保證巷道內(nèi)足夠的斷面積。充填式巷旁支護(hù)主要采用泵送方式，具體內(nèi)容為：根據(jù)充填式巷道支護(hù)的要求，需要使用良好泵送性能的填充材料，且充填體上方的頂板也需提前做好錨索和錨桿支護(hù)等兩者之間的工作。同時，煤壁的位置需要沿著巷道長度5cm，且朝下3cm的工作范圍進(jìn)行巷道掘進(jìn)以及錨桿支護(hù)工作。并在錨桿支護(hù)工作時，將左旋無縱筋螺紋鋼錨桿的直徑和長度進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，一般將間排距設(shè)定為1000mm×900mm。然后在每排位置布置4根錨桿，均采用金屬網(wǎng)及鋼帶進(jìn)行護(hù)頂。

三、礦建巷道用支護(hù)錨桿參數(shù)的選擇

由于礦建巷道所需的錨桿及配套托盤的數(shù)量非常大，因此優(yōu)化錨桿及托盤參數(shù)對降低生產(chǎn)成本極為重要。本文主要的參數(shù)選擇與優(yōu)化思路如下：在滿足支護(hù)強(qiáng)度的前提下，應(yīng)該以盡量減小錨桿數(shù)量和控制生產(chǎn)成本為出發(fā)點，對錨桿直徑、長度與間距以及配套托盤的厚度進(jìn)行選擇優(yōu)化。

（一）錨桿直徑和長度

錨桿直徑是錨桿的主要參數(shù)，直徑越大，所承受的拉應(yīng)力越大。本巷道初選目前廣泛應(yīng)用于礦井建設(shè)的直徑為Φ20的螺紋鋼錨桿，長度為2m。錨桿及托盤的主要參數(shù)如表1所示。

表1 錨桿及托盤參數(shù)

（二）錨桿間距

錨桿間距是錨桿支護(hù)作業(yè)中的重要參數(shù)，如果錨桿間距過大，能夠降低生產(chǎn)成本，但是支護(hù)強(qiáng)度得不到保證；錨桿間距過小，支護(hù)強(qiáng)度高，但錨桿數(shù)量過多會造成錨桿的浪費(fèi)及生產(chǎn)成本的增加，所以需要對錨桿的間距進(jìn)行優(yōu)化。查閱相關(guān)資料，煤礦巷道中錨桿間距s（m m）可由下面的經(jīng)驗公式計算：

其中：d為錨桿的直徑，mm；L為錨桿錨固段的長度，取為0.3m；τ為錨桿的材料強(qiáng)度，取為240MPa；l為錨桿的長度，取為2m；q為頂板間壓強(qiáng)，取為0.3MPa；K為頂板的安全系數(shù)，一般選擇3～6，在此選擇5。將上述各參數(shù)代入式可得：

取錨桿直徑d＝20mm，所以計算s約為700mm。井底巷道斷面的錨桿布置示意如圖1所示。

圖1 井底巷道斷面圖

四、錨桿托盤優(yōu)化

（一）承載力分析

通過對比得到托盤位移承載力曲線變化圖形，可知：①隨著托盤位移量增加，兩類托盤載荷逐步增強(qiáng)，且變化幅度基本一致；②在新舊托盤位移量相同時，新型托盤載荷超過原有托盤載荷高達(dá)100%。

（二）錨桿預(yù)緊力轉(zhuǎn)化效率

錨桿預(yù)緊力轉(zhuǎn)化效率是評價重要托盤性能的指標(biāo)，其中新型托盤相對于原有托盤增加了球形墊圈和減摩墊片，轉(zhuǎn)化效率對比結(jié)果如圖9所示?？芍孩匐S著錨桿預(yù)緊力矩的增加，錨桿預(yù)緊力也在上升，但新型托盤比原托盤上升速度要快；②在同一錨桿預(yù)緊力前提下，新型托盤相對于原托盤預(yù)緊力提高了60%以上，加固支護(hù)效果也會明顯提升。

結(jié)束語

綜上所述，礦建工程巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用對提升施工的安全性以及穩(wěn)定性方面發(fā)揮著巨大的作用，對提升我國礦建工程現(xiàn)代化建設(shè)的水平，保障礦建工程工作人員的生命安全具有重要的現(xiàn)實意義。近年來，隨著我國社會科技的不斷發(fā)展，礦建工程對巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的要求也越來越高，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該加大錨桿支護(hù)技術(shù)的科研力度，不斷發(fā)展和完善錨桿支護(hù)技術(shù)，讓其在礦建工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益。