淺談桃園煤礦錨桿支護(hù)應(yīng)用過程見解

相運(yùn)保 馮國海

（淮北礦業(yè)集團(tuán)公司 桃園煤礦，安徽 宿州 234116）

0 概述

桃園煤礦已經(jīng)投產(chǎn)19年，礦井投產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)采區(qū)是一采區(qū)和二采區(qū)，這兩個(gè)采區(qū)的地質(zhì)條件較好，地應(yīng)力顯現(xiàn)不明顯。煤及半煤巖巷支護(hù)形式以架工字鋼棚為主，巖巷以錨噴為主。1997年開始在二采區(qū)82煤層試用錨桿支護(hù)（圓鋼錨桿、水泥藥卷）。隨著礦井開采范圍的不斷延伸，礦井地質(zhì)構(gòu)造日趨復(fù)雜，礦壓顯現(xiàn)逐漸劇烈。特別從1999年開采72 煤層工作面以來，礦井軟煤巖巷道施工急劇增多，但支護(hù)問題一直沒有得到很好解決，長(zhǎng)期造成巷道前掘后改，浪費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力以及無效的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，導(dǎo)致采掘接替更加緊張，礦井安全生產(chǎn)更嚴(yán)峻。如何解決軟巖支護(hù)問題，成為擺在我礦廣大技術(shù)工作者面前的一道迫切需要解決的難題。

1 錨桿支護(hù)應(yīng)用過程

為了尋求一條解決軟巖巷道72 煤巷道支護(hù)的有效途徑，我礦廣大科技人員不斷摸索，走了一條迂回曲折的支護(hù)道路，先后采用了架工字鋼棚、架工字鋼雙棚、錨梁、錨帶網(wǎng)、錨帶網(wǎng)索、錨帶網(wǎng)索加套棚、錨注等多種支護(hù)形式，但支護(hù)效果始終不理想。2004年在準(zhǔn)備7244工作面時(shí)，掘進(jìn)6 隊(duì)從6月10日開始施工7244 里段機(jī)巷420m，支護(hù)形式為錨帶網(wǎng)索套棚復(fù)合支護(hù)，施工到切眼下口時(shí)間是12月20日，施工時(shí)間達(dá)半年多，期間停頭修復(fù)時(shí)間2 個(gè)多月，巷道內(nèi)積水、淤泥多，巷道壓力大，底臌和幫、頂位移速度很快，前三個(gè)月內(nèi)監(jiān)測(cè)兩幫累計(jì)變形達(dá)1420mm，平均變形為16.75mm/日，頂?shù)装謇塾?jì)變形達(dá)770mm，平均變形為5.06mm/日。風(fēng)巷由掘進(jìn)14 隊(duì)施工，里段采用錨帶網(wǎng)索套棚復(fù)合支護(hù)，外段采用架棚和注化學(xué)漿加固，該隊(duì)從掘進(jìn)進(jìn)尺開始，工作面回采后一直在風(fēng)巷進(jìn)行修復(fù)維護(hù)，工作面支架拆除收作后該掘進(jìn)隊(duì)才撤走。長(zhǎng)期在這種困難條件下施工，職工干勁不高，斗志不強(qiáng)，出現(xiàn)畏難情緒，整個(gè)隊(duì)伍處于一種精神低迷狀態(tài)，根本無法很好地完成礦上下達(dá)的任務(wù)。同時(shí)巷道綜合支護(hù)成本高、掘進(jìn)和回采安全威脅大。通過7244 工作面掘進(jìn)巷道問題分析，我們認(rèn)識(shí)到，如果不下大的決心解決軟巖支護(hù)問題，礦井的可持續(xù)、健康發(fā)展就無從談起。于是在05年度，我們先后在7244 外機(jī)巷采用了錨帶網(wǎng)索噴注支護(hù)技術(shù)，在7245 機(jī)風(fēng)巷采用全封閉U 型鋼棚與錨注復(fù)合支護(hù)技術(shù)，取得了可喜的效果。

我們吸取開拓準(zhǔn)備巷道易受采動(dòng)壓力影響而破壞的實(shí)際情況，不斷加強(qiáng)永久巷道支護(hù)強(qiáng)度，淘汰了圓鋼水泥錨桿，全部采用直徑20mm，長(zhǎng)度2m 以上的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。在北八運(yùn)輸大巷過落差420m 的斷層破碎帶施工時(shí)，打破設(shè)計(jì)常規(guī)，采用錨注與架全封閉U型鋼棚支護(hù)技術(shù)，過斷層段巷道兩幫變形量不足100mm，頂?shù)装鍥]有收縮變化，取得了最為明顯的支護(hù)效果。

隨著我礦采場(chǎng)深度的沿深，二水平達(dá)到-800m，出現(xiàn)了深部開采大斷面軟巖硐室，采用錨網(wǎng)碹體聯(lián)合支護(hù)的馬頭門掘出不到一年就產(chǎn)生變形和破壞，以及采用一次錨網(wǎng)支護(hù)的泵房、變電所等硐室圍巖強(qiáng)烈變形的困難局面。在深入開展桃園礦深部開采巷道圍巖穩(wěn)定性調(diào)查，掌握深部開采巷道實(shí)際的變形破壞特征，分析巷道破壞失穩(wěn)機(jī)理的基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，詳細(xì)分析大斷面硐室支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，研究結(jié)構(gòu)補(bǔ)償對(duì)支護(hù)承載性能的作用。提出深井大斷面軟巖硐室高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)，即利用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)支護(hù)，提高淺部破碎圍巖的殘余強(qiáng)度，并與淺部圍巖形成可靠的組合拱承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)的原因，采用帶梁錨索裝置將錨索支護(hù)與高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)支護(hù)耦合為一體，利用錨索對(duì)高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)組合拱進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，改善組合拱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高錨網(wǎng)支護(hù)與圍巖形成組合拱的承載能力。上述高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)支護(hù)+錨索結(jié)構(gòu)補(bǔ)償支護(hù)耦合成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)，在考慮支護(hù)強(qiáng)度的同時(shí)，提高支護(hù)承載結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而大大提高錨網(wǎng)索高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)控制圍巖變形的效果。高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)核心是采用二次高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)與圍巖共同作用形成支護(hù)強(qiáng)度可靠的承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)巷道圍巖斷面的形狀、移動(dòng)變形特征、圍巖狀況，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算和數(shù)值模擬，分析錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的薄弱部位采用帶梁錨索，對(duì)高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)與圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，提高支護(hù)—圍巖承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。采用該技術(shù)后通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，桃園礦深部開采大斷面泵房、變電所頂、底板移近量均控制10mm 左右，兩幫移近量控制在30mm 左右，圍巖移動(dòng)變形得到有效控制。

目前，我礦已基本確立了二水平巖巷采用采用二次高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)與圍巖共同作用形成的支護(hù)體系，煤巷錨桿支護(hù)采用錨帶網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)體系。

2 礦井對(duì)煤巷錨桿支護(hù)認(rèn)識(shí)

錨桿支護(hù)技術(shù)成熟，施工簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益明顯，已成為井巷工程的主要支護(hù)方式。發(fā)展錨桿支護(hù)已成為我礦推行重大支護(hù)技術(shù)革命。傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)理論主要有:懸吊理論、組合拱理論、組合梁理論。它們都是以一定假說為基礎(chǔ)的，各自從不同的角度、不同的條件論述了錨桿支護(hù)的作用機(jī)理，并得到了國內(nèi)外的廣泛承認(rèn)和應(yīng)用。

我認(rèn)為在巷道支護(hù)方式的選取上，絕不可生搬硬套，更不會(huì)有適合于任何巷道的支護(hù)方式;而應(yīng)該仔細(xì)分析地質(zhì)特征，準(zhǔn)確觀測(cè)巖性的變化，以便及時(shí)采用合適有效的支護(hù)方式。與此相反，如果在實(shí)際生產(chǎn)中，只是簡(jiǎn)單套用錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，就可能由于錨桿支護(hù)失效而引起冒頂事故的發(fā)生，嚴(yán)重的將會(huì)導(dǎo)致人員的傷亡。

錨桿機(jī)具性能是決定錨桿安裝質(zhì)量與施工速度的關(guān)鍵。我礦相應(yīng)集團(tuán)公司號(hào)召，極為重視錨桿鉆、裝機(jī)的不斷更新，如新型MQT-130 錨桿機(jī)不僅鉆眼速度快，并扭矩大能保證安裝的錨桿錨固可靠，有足夠的預(yù)緊力，因而保證了錨桿支護(hù)的高質(zhì)量與高速度。而目前雖然電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)和液壓錨桿鉆機(jī)都有，但性能結(jié)構(gòu)不盡合理，零部件質(zhì)量和整機(jī)性能都急需進(jìn)一步完善與提高。在綜掘煤錨巷上掘錨聯(lián)合機(jī)組，能參考國外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一加緊研制與試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)綜掘巷道掘支平行作業(yè)，提高成巷速度。

監(jiān)測(cè)是監(jiān)督施工質(zhì)量、保證錨桿支護(hù)安全可靠的重要手段。錨桿支護(hù)是一項(xiàng)隱性工程，因而更需要及時(shí)可靠和行之有效的施工檢測(cè)與跟蹤監(jiān)測(cè)。我礦雖然也十分重視錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)工作，先后采用了一些監(jiān)測(cè)儀器，但性能不高、功能不全，尚未形成系列配套的綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)。例如監(jiān)測(cè)巷道收斂時(shí)普遍使用鋼卷尺、皮尺，效率低、精度不高，能采用精度較高的防爆測(cè)距儀，可減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高監(jiān)測(cè)效率、精度。采用綜合測(cè)量技術(shù)，運(yùn)用數(shù)字式儀器對(duì)錨桿（錨索）變形、巷道頂板離層狀況、頂板來壓情況等監(jiān)測(cè)，通過對(duì)測(cè)得的錨桿（錨索）局部性能結(jié)果的詳細(xì)研究，可對(duì)支護(hù)系統(tǒng)工作狀況的好壞和安裝質(zhì)量的可靠度進(jìn)行評(píng)估。如果有問題，那么可根據(jù)反饋的信息進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，從而使錨桿（錨索）強(qiáng)度或錨桿（錨索）密度和錨桿（錨索）長(zhǎng)度更為合理。錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)是設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量及安全工作的重要保證，因此，必需加大監(jiān)測(cè)儀器儀表的改進(jìn)，盡早完善監(jiān)測(cè)手段，規(guī)范監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

人是一切工作計(jì)劃的制定者和執(zhí)行者，人是最重要的資源，人的管理是最難的管理。無論從結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量上乘的錨桿到性能優(yōu)良的錨固劑，還是從靈活高效的錨桿鉆裝機(jī)具到靈敏精密的監(jiān)測(cè)儀器儀表，都需要人來操作，人去完成。我礦施工隊(duì)伍人員素質(zhì)偏低，加上監(jiān)督管理的局限，往往施工質(zhì)量保證困難。因此，重視和加強(qiáng)錨桿支護(hù)技術(shù)人員和施工工人的技術(shù)培訓(xùn)和崗位訓(xùn)練，必然有助于我礦錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展和錨桿支護(hù)的普及。

3 結(jié)語

我礦錨桿支護(hù)經(jīng)過19年的發(fā)展，應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到受動(dòng)壓影響的回采巷道、軟巖巷道、破碎或復(fù)合頂板巷道及工作面開切眼和大斷面碉室;錨桿支護(hù)的種類、結(jié)構(gòu)形式及規(guī)格層出不窮;而錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法卻比較單一，即普遍采用工程類比法，因而不可避免地帶有一定的盲目性;錨桿支護(hù)工作是一項(xiàng)看似簡(jiǎn)單、實(shí)則復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響支護(hù)效果與成敗的因素很多，因此，分析不同種類錨桿結(jié)構(gòu)的作用原理，考察不同設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)，探討影響支護(hù)效果的主要因素，明確錨桿支護(hù)技術(shù)與設(shè)計(jì)方法的發(fā)展方向及工作重點(diǎn)，對(duì)推動(dòng)我礦錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與錨桿支護(hù)形式的普及，提高施工速度，發(fā)展高產(chǎn)高效礦井，降低成本，促進(jìn)我礦質(zhì)量經(jīng)濟(jì)效益的提高有著深刻的現(xiàn)實(shí)意義。