試析煤炭巷道錨桿錨固特點(diǎn)及應(yīng)用

張玉生

【摘要】本文對(duì)煤炭巷道錨桿錨固的特點(diǎn)進(jìn)行分析，包括煤炭巷道錨桿支護(hù)材料、煤炭巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法、煤炭巷道錨桿支護(hù)施工質(zhì)量檢測與礦壓監(jiān)測，還有煤炭巷道錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)，然后以國內(nèi)某軟巖礦井為例講解煤炭巷道錨桿錨固的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】煤炭巷道；錨桿；錨固；支護(hù)；特點(diǎn)；應(yīng)用

一、煤炭巷道錨桿錨固的特點(diǎn)

（一）煤炭巷道錨桿支護(hù)材料

煤炭巷道中的錨桿支護(hù)材料的發(fā)展過程主要經(jīng)歷了低強(qiáng)度，高強(qiáng)度，高預(yù)應(yīng)力，強(qiáng)力支護(hù)階段。曾經(jīng)被我國煤礦所廣泛利用的普通Q235圓鋼黏結(jié)式錨桿，現(xiàn)在只剩下一些地質(zhì)巖土環(huán)境簡單和條件比較落后的煤礦繼續(xù)使用。因?yàn)槊禾肯锏赖臈l件是多種多樣的，因此為了克服這些部分環(huán)境復(fù)雜困難的煤炭巷道，研究人員專注于對(duì)高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿的開發(fā)。通過錨桿在形狀與結(jié)構(gòu)上的不斷優(yōu)化，對(duì)提高其錨固效果很有幫助，除此之外，還可以開發(fā)出專用的鋼材來制作錨桿，以達(dá)到更加高的強(qiáng)度去滿足更高的施工需求。

（二）煤炭巷道錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)方法

目前，我國煤炭巷道最常用到的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方式是動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法。動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)方案并不是就定下來的，而是在每個(gè)工序完成后都進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息收集、分析和反饋，然后通過分析結(jié)果不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。在對(duì)煤炭巷道錨桿支護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須注重分析錨桿與其他錨固構(gòu)件之間的匹配程度，以發(fā)揮出更好的整體支護(hù)效果。例如錨桿的強(qiáng)度要與托板、螺母進(jìn)行匹配，錨桿要與錨固劑的受力性能進(jìn)行匹配等。我們?cè)谶x取構(gòu)件時(shí)要盡量選用質(zhì)量好的，再加上合理的設(shè)計(jì)，就能使整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的效果事半功倍，反之，其中一個(gè)構(gòu)件發(fā)生損壞，或者系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，否會(huì)對(duì)整體支護(hù)效果造成影響，嚴(yán)重的話甚至可能使整個(gè)系統(tǒng)失效。

（三）煤炭巷道錨桿支護(hù)施工質(zhì)量檢測與礦壓監(jiān)測

在進(jìn)行錨桿施工質(zhì)量檢測時(shí)，需要用到的儀器主要有錨桿拉拔計(jì)，錨桿錨固質(zhì)量聲波檢測儀和錨桿預(yù)緊力檢測儀。在進(jìn)行巷道礦壓監(jiān)測時(shí)，需要用到的儀器主要有表面位移、深部位移、頂板離層等測量儀和錨桿、錨索受力情況的測量儀。近年，一種煤炭巷道礦壓的綜合監(jiān)測系統(tǒng)橫空出世，可以隨時(shí)對(duì)礦井下的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后傳輸?shù)诫娔X上進(jìn)行對(duì)礦壓的監(jiān)測和分析。

（四）煤炭巷道錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)

以往，通常僅采用錨桿支護(hù)一種方式對(duì)松散的煤巖體巷道進(jìn)行錨固和對(duì)損壞的巷道進(jìn)行修護(hù)，這種支護(hù)方式不但錨固效果差，而且不能充分發(fā)揮錨桿的性能。目前來說，最有效解決松散、損壞的圍巖巷道支護(hù)的方法，就非錨固與注漿加固技術(shù)莫屬了。

煤炭巷道錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)就是將錨桿錨固技術(shù)與注漿加固技術(shù)融合在一起，在使用錨固與注漿加固技術(shù)時(shí)，根據(jù)不同煤炭巷道的差異，應(yīng)選取不同類型的注漿錨桿。一般來說，錨固與注漿加固技術(shù)已足以應(yīng)對(duì)松散、損壞的圍巖巷道的支護(hù)，只有對(duì)極為破碎煤巖體進(jìn)行支護(hù)，還需要進(jìn)一步使用鉆錨注加固技術(shù)加強(qiáng)錨固效果。注漿加固技術(shù)主要是通過控制錨固時(shí)注漿參數(shù)，以取得更好注漿加固效果。為了更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的巖土條件，除了使用水泥等基本錨固材料外，還需要用到各種化學(xué)注漿加固材料，例如脲醛樹脂和聚氨酯等。

二、煤炭巷道錨桿錨固的應(yīng)用

我國煤炭礦井的種類非常豐富，各類礦井之間的巖土地質(zhì)差異較大，軟巖礦井的各煤層的膠結(jié)性比較弱，煤巖體相對(duì)其他礦井有破碎松散、強(qiáng)度弱、易崩解、易風(fēng)化、易膨脹等特點(diǎn)，以上種種因素導(dǎo)致軟巖礦井巷道的支護(hù)工作比較困難，大部分巷道在服務(wù)期內(nèi)不得不多次翻修，嚴(yán)重影響回采工作的正常推進(jìn)，不僅支護(hù)費(fèi)用高，而且?guī)砗艽蟮陌踩{。以下就以我國的某軟巖礦井為例，對(duì)煤炭巷道錨桿錨固的應(yīng)用進(jìn)行分析。

（一）巷道地質(zhì)條件

該煤礦的兩煤層間間距較小，下層頂板距上層底板只有6～9m左右，下層的厚度平均值為5.99m，煤層的傾角約為16°，抗壓強(qiáng)度為4.8MPa，其頂板砂質(zhì)泥巖的強(qiáng)度在15到25MPa之間；上層煤層的底板也屬于砂質(zhì)泥巖，底板抗壓強(qiáng)度為23.5MPa，接觸水易膨脹。經(jīng)過水壓致裂法對(duì)地應(yīng)力進(jìn)行測量后，得出垂直主應(yīng)力為9.68MPa，水平最大主應(yīng)力的方向?yàn)镹72°E，大小為14.62MPa，而水平最小主應(yīng)力為7.35MPa?；仫L(fēng)巷的掘進(jìn)斷面呈半圓拱形，斷面墻高1.2m，寬3.8m，斷面面積為10.2m²，巷道埋深大約為350～400m之間。

（二）巷道錨桿錨固應(yīng)用

對(duì)于軟巖礦井的支護(hù)施工，結(jié)合巖土特點(diǎn)和以往經(jīng)驗(yàn)，其支護(hù)方式應(yīng)選用樹脂全長預(yù)應(yīng)力錨固組合。該礦井使用的錨桿規(guī)格是直徑φ22mm，長2.4m的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。在進(jìn)行樹脂全長錨固時(shí)，錨固的前端和后端應(yīng)涂上不同的錨固劑，前端部涂上固化速度快的錨固劑，后部涂上固化相對(duì)較慢的錨固劑。利用菱形金屬網(wǎng)、w型鋼護(hù)板與鋼筋網(wǎng)頂板進(jìn)行護(hù)表。全部錨桿排列時(shí)都要保證垂直于巷道表面，錨桿排距900 mm，頂板間距850ram，每排7根。錨桿的預(yù)緊力矩為400N·m，錨索φ22mm，鋼絞線1×19，長度4.3m，由樹脂端部進(jìn)行錨固。錨索預(yù)緊力為200～250kN，每隔1.8m打3根錨索，每根錨索之間的間距為1.28m。工程結(jié)果良好，巷道圍巖保持完整、穩(wěn)定，錨固效果較好，較有效地發(fā)揮出錨桿的性能。該礦井巷道錨桿錨固支護(hù)的設(shè)計(jì)如下圖。

結(jié)束語

本文分析了煤炭巷道錨桿錨固特點(diǎn)及其應(yīng)用，總而言之，在進(jìn)行煤炭巷道錨桿錨固應(yīng)用前，應(yīng)先對(duì)煤炭巷道錨桿錨固特點(diǎn)和礦井實(shí)際情況進(jìn)行深入了解，選取合適的材料、合理的技術(shù)方式，盡量做到使受支護(hù)的圍巖部分避免出現(xiàn)離層、滑動(dòng)、張裂等問題，確保礦井內(nèi)煤巖體的連續(xù)性和完整性。而對(duì)于環(huán)境復(fù)雜的巷道，應(yīng)采用強(qiáng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)，為了避免修護(hù)頻繁帶來的麻煩，應(yīng)盡量做到一次支護(hù)。