基于錨桿支護的煤礦掘進工藝探究

夏立東

（同煤集團晉華宮礦普掘四隊，山西 大同037000）

在礦井開采中，常常需要大量的巷道，影響巷道掘進的關鍵因素是巷道的支護技術。目前我國礦井開采中大多要使用錨桿支護技術，對巷道圍巖的控制也要使用錨桿支護，從效益上看，錨桿支護已經取得了一定的經濟效益。但隨著開采深度的增加，煤層地質環境惡化使得錨桿支護得難度有所增加，加上工人的技術不專業，設備不先進，都使得錨桿支護的效率低，效果不明顯，不能滿足現代化礦井高效高產的要求[1]。因此，要提升工人的專業技能，掌握構造區、破碎區、等復雜地質區域的錨桿支護技術，提高工作效率，實現對巷道的高效掘進。

1 錨桿支護的依據及要求

1.1 設計依據

綜合考慮掘進巷道的實際地質情況，根據巷道斷面形狀、大小、煤層狀況等設計具體的巷道支護方案，對于小規模的礦井，巷道斷面小，支護設計簡單，大規模的礦井，由于工程量及工作人員都較多，輔助的運輸、排水以及通風等巷道也比較多，巷道斷面大，支護設計較復雜，要同時考慮多種因素，設計適合礦井安全生產的巷道，根據巷道的大小來選擇對應的錨桿支護技術。

1.2 技術要求

施工前的準備。在施工前，要先敲幫問頂，將頂板、巷幫以及迎頭處的碎石都去除干凈，不能在空頂處進行支護，巷道底角的錨桿可以適當滯后3排，頂板以及巷幫的錨桿必須緊跟迎頭安裝。

確定錨桿孔的孔位。在對巷道進行錨桿支護時，要先根據設計方案確定錨桿孔的位置，并鉆好錨桿孔，以確保錨桿支護的正常進行，避免因為隨意鉆孔而出現的孔位不正確、錨桿無法正常安裝等現象，避免由于不正確操作而出現的費時費力、成本增加等問題，在進行鉆孔時，要按照所設計的方案準確控制錨桿孔的深度，將誤差控制在適當的范圍內，確保在施工中錨桿孔能發揮最大作用[2]。

合理控制相關參數。錨桿的支護材料、參數以及工藝要按照設計方案的要求，及時檢測錨桿質量，如果材料質量不合格堅決不能使用，已經使用的要重新進行安裝，沒有達到設計扭矩的錨桿要在其周圍400 mm進行補打。

符合相關規定作業。確保施工場地有安全的作業環境，在施工過程中要按照規定放置安全作業吊牌，并配有照明設施，防止有人進入施工現場而出現安全事故，影響作業進程。在進入施工現場時要身穿工作衣，正確佩戴安全帽，安裝通風設備及時通風，熟悉逃生路線，在遇到危險時能從逃生通道逃出。重視施工過程中的施工技術，對特殊環境使用特定的支護技術，如果煤層的地質條件比較復雜，使用錨索錨固、全長錨固和加密錨桿相結合的技術，加強對巷道的支護力度，并定期檢查支護效果，對有錨桿松動的要及時補救，避免發生安全事故，確保錨桿支護的穩定性和安全性，增加巷道支護的強度。

2 錨桿支護的方案及工藝

2.1 支護方案

采用動態設計的錨桿支護方案，充分利用每個過程中的已知信息，對信息進行實時收集、分析與反饋，根據數值模擬結果得到錨桿支護長度以及間排距的最佳值，確保錨桿的強度大于最大值，根據現場支護經驗，采用高預應力和強力錨桿相結合的方式對巷道進行支護，配套高強度的拱形托板、螺母和減磨墊片，以及有較高的強度、剛度、護表面積的鋼帶和鋼筋網。

2.2 支護工藝

進行錨桿支護就是要合理控制巷道的變形量，與被動承壓支護方式不同，錨桿支護是根據巷道圍巖的自穩定性結構對巷道的變形量進行控制，是一種主動支護[3]。采用高預應力和高強力錨桿組合支護，錨桿采用Φ22 mm、長2.4 m的左旋無縱筋螺紋鋼，在錨桿的端部采用快速固化的錨固劑，在后部采用慢速固化的錨固劑，錨桿與巷道表面垂直，兩根錨桿之間的排距為900 mm，間距為850 mm，每排布置7根錨桿，每幫布置2根錨桿，錨桿的預緊力矩為400 N·m，巷道錨桿支護的布置圖如圖1所示。

圖1 巷道錨桿支護布置圖（mm）

通過使用錨桿支護工藝，節省了施工時間，提高了巷道掘進速度，降低了錨桿支護的時間，減少了巷道的空頂時間，防止因巷道頂板巖層破碎而出現的下沉。錨桿支護的施工工藝順序如圖2所示。

圖2 錨桿支護施工流程

3 錨桿支護的應用及效果

某煤礦由于礦井煤層的頂底板巖層膠結性差，巖體的強度較低，容易破碎、風華和崩解，在進行巷道支護時比較困難，而且經常要進行返修，影響正常的回采工作，也給生產帶來很大的安全問題[4]。將錨桿支護技術應用在該煤礦中，在掘進期間，測得回采巷道的表面位移曲線如圖3所示。

圖3 巷道表面位移曲線

從圖3中可以看出，在距離掘進工作面35 m后，巷道表面的位移趨于穩定，兩幫的位移量約81 mm，頂底板的位移量約279 mm，頂板約41 mm的下沉量，底板約238 mm的包臌量，占頂底板移近量的84.7%，在使用錨桿支護后，可以看出受力情況逐漸變小，隨著掘進深度的增加，在距離工作面19 m后，錨桿的受力增大，到119 m后錨桿的受力趨于穩定，在整個過程中，高預應力和強力錨桿的受力變化幅度較小，基本都在5 kN左右。可見，在采用高預應力和強力錨桿支護后，巷道的圍巖總體變形量很小，基本處于穩定狀態，能滿足安全掘進的要求。

4 結論

為了解決巷道深部支護復雜困難的問題，提出基于錨桿支護的工藝方法：

1）根據錨桿支護的設計依據及技術要求，采用高預應力和強力錨桿相結合的方式對巷道進行支護，配套高強度的拱形托板、螺母和減磨墊片，以及有較高的強度、剛度、護表面積的鋼帶和鋼筋網，給出具體的巷道支護布置及工藝流程。

2）在采用高預應力和強力錨桿支護后，隨著掘進深度的增加，在距離工作面19 m后，錨桿的受力增大，到119 m后錨桿的受力趨于穩定，在整個過程中，高預應力和強力錨桿的受力變化幅度較小，基本都在5 kN左右，巷道的圍巖總體變形量很小，基本處于穩定狀態，能滿足安全掘進的要求。