煤礦巷道錨桿支護(hù)應(yīng)用實(shí)例

孫善云

（山西霍恒工程監(jiān)理有限公司，山西太原 030001）

煤礦巷道錨桿支護(hù)應(yīng)用實(shí)例

孫善云

（山西霍恒工程監(jiān)理有限公司，山西太原 030001）

煤礦巷道支護(hù)是保證巷道安全性能，促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)的重要施工技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)水平也得到了顯著的提升。結(jié)合實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，以煤礦巷道的錨桿支護(hù)方式為例，對(duì)煤礦巷道支護(hù)工程進(jìn)行了探討，以期能夠?yàn)槊旱V巷道錨桿支護(hù)應(yīng)用水平的提升提供幫助。

煤礦工程；巷道；錨桿支護(hù)

0 前言

煤礦巷道支護(hù)技術(shù)在煤礦產(chǎn)業(yè)當(dāng)中有著很長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展歷史，在煤礦開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展與革新下，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其中以錨桿支護(hù)技術(shù)最具典型性。錨桿支護(hù)技術(shù)的有效應(yīng)用，開(kāi)創(chuàng)了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)又一個(gè)發(fā)展的新篇章。其不僅在施工方面更具便捷性，還在支護(hù)效果上有了很大的突破，這對(duì)煤礦巷道支護(hù)的質(zhì)量及煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展無(wú)疑是帶來(lái)了巨大進(jìn)步。

1 煤礦巷道支護(hù)的理論發(fā)展

1.1 煤礦巷道的布置發(fā)展

在煤礦開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展下，巷道布置實(shí)現(xiàn)了重大發(fā)展。其中，在煤礦巷道的層位選擇上，為了縮短礦井建設(shè)周期，提升掘進(jìn)速度，巷道從巖巷轉(zhuǎn)向了煤巷。放頂煤開(kāi)采技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使回采巷道從巖石頂板煤巷向煤層頂板巷道發(fā)展。另外，在巷道斷面的形狀和大小控制上，為了提高掘進(jìn)速度和斷面的利用效率，矩形斷面已經(jīng)取代了拱形斷面，與此同時(shí)為了滿(mǎn)足大型設(shè)備的作業(yè)需求，礦井的斷面也開(kāi)始逐步擴(kuò)大。在回采巷道數(shù)量方面，為了滿(mǎn)足高瓦斯礦井的通風(fēng)要求，單巷布置已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)向多巷布置發(fā)展。而巷道賦存方面，也從淺埋地區(qū)向深埋地區(qū)發(fā)展，簡(jiǎn)單地質(zhì)條件向復(fù)雜地質(zhì)條件發(fā)展。從煤礦巷道的發(fā)展情況可以看出，煤礦巷道的支護(hù)難度越來(lái)越大[1]。

1.2 煤礦巷道支護(hù)的發(fā)展

在煤礦開(kāi)采和巷道的發(fā)展背景下，煤礦巷道支護(hù)迎來(lái)了新的發(fā)展前景。煤礦巷道支護(hù)技術(shù)在經(jīng)歷了木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)的發(fā)展過(guò)程中，進(jìn)入了錨桿支護(hù)時(shí)代。錨桿支護(hù)在我國(guó)的使用已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)以上的歷史，其經(jīng)歷了低強(qiáng)度支護(hù)階段，高強(qiáng)度支護(hù)階段，高強(qiáng)度高預(yù)應(yīng)力支護(hù)階段和強(qiáng)力支護(hù)階段。同樣錨桿的材質(zhì)也經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展使其，機(jī)械錨固錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、端部錨固樹(shù)脂錨桿、快硬水泥錨桿以及管縫式錨桿都在我國(guó)錨桿支護(hù)歷史上發(fā)揮了重要的作用。隨著煤礦開(kāi)采及巷道的不斷發(fā)展，上述錨桿都已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足煤礦巷道的支護(hù)要求，在這種背景下，錨桿支護(hù)又迎來(lái)了一個(gè)新的發(fā)展階段，多錨桿支護(hù)、二次支護(hù)技術(shù)成為了煤礦發(fā)展背景下的煤礦巷道支護(hù)的主體內(nèi)容[2]。

2 煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

2.1 巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試技術(shù)

（1）地應(yīng)力測(cè)量

為了保證巷道支護(hù)的有效性，在進(jìn)行支護(hù)之前必須要進(jìn)行地應(yīng)力的測(cè)量工作。目前我國(guó)主要利用應(yīng)力解除法來(lái)對(duì)礦井下的原巖應(yīng)力和次生應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，除此之外還需要利用小孔徑水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量?jī)x器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。該儀器是由我國(guó)煤炭科學(xué)研究總院開(kāi)采設(shè)計(jì)研究分院所研發(fā)出來(lái)的，目前其已經(jīng)投入到了我國(guó)20多個(gè)礦區(qū)的300多個(gè)測(cè)站進(jìn)行工作[3]。

（2）煤巖體強(qiáng)度

煤巖體強(qiáng)度的測(cè)試，主要是利用鉆孔觸探法來(lái)完成的，該方法的有效使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下煤巖體強(qiáng)度位置的測(cè)定，并通過(guò)鉆孔來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量出地下煤巖體的抗壓強(qiáng)度。

（3）結(jié)構(gòu)測(cè)量

煤巖體的結(jié)構(gòu)測(cè)量方面則是利用電子鉆孔窺探儀來(lái)完成的。該儀器能夠快速、清晰的將煤巖體中的節(jié)理、層理以及裂隙等結(jié)構(gòu)信息反饋出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)測(cè)量，為巷道的布置與支護(hù)設(shè)計(jì)提供全面而有效的資料。

2.2 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法

隨著煤礦開(kāi)采難度的逐漸加大，煤礦的錨桿支護(hù)難度也在提升，在這種背景下必須要保證錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，因此在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)階段必須要做好各方面工作。例如支護(hù)各部件的選擇科學(xué)性，各部件之間搭配的合理性，錨桿與錨索支護(hù)構(gòu)件之間的匹配性等內(nèi)容，都是錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中所要注意的重要問(wèn)題。另外，由于各礦區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況都不盡相同，因此在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須要做好各方環(huán)境及其因素的調(diào)研與考察工作，在充分掌握各方因素及條件的基礎(chǔ)上，來(lái)進(jìn)行錨桿支護(hù)的有效設(shè)計(jì)，使其能夠在完成支護(hù)任務(wù)的基礎(chǔ)上，為礦區(qū)巖體的整體結(jié)構(gòu)性能提供及安全施工提供保證[4]。

2.3 錨桿支護(hù)材料

通過(guò)上文的分析能夠看到，錨桿支護(hù)材料經(jīng)歷了從低強(qiáng)度到高強(qiáng)度到高預(yù)應(yīng)力再到強(qiáng)力支護(hù)的發(fā)展過(guò)程。在煤礦巷道的基本支護(hù)設(shè)計(jì)當(dāng)中Q235圓鋼粘結(jié)式錨桿是支護(hù)錨桿的主要形式。目前，一些地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦區(qū)仍在使用該材質(zhì)的錨桿支護(hù)形式。為了滿(mǎn)足高難度煤礦巷道的支護(hù)要求，提升錨固效果，新型的錨桿在形狀和結(jié)構(gòu)上都進(jìn)行了優(yōu)化，并開(kāi)發(fā)出了錨桿專(zhuān)用鋼材，從而滿(mǎn)足高強(qiáng)度及超高強(qiáng)度煤礦巷道的支護(hù)需求。

2.4 錨桿支護(hù)施工質(zhì)量控制與礦壓監(jiān)測(cè)

錨桿支護(hù)施工質(zhì)量控制與礦壓監(jiān)測(cè)是煤礦巷道支護(hù)當(dāng)中的重要工作內(nèi)容，其對(duì)于煤礦巷道的支護(hù)及開(kāi)采質(zhì)量有著重要性影響。

為了保證錨桿支護(hù)工程的施工質(zhì)量，我國(guó)在施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面已經(jīng)取得了有效的進(jìn)展。錨桿拉拔計(jì)、錨桿預(yù)緊力監(jiān)測(cè)器具及聲波錨桿錨固質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀器等設(shè)備的研發(fā)，為我國(guó)錨桿支護(hù)工程質(zhì)量提供了有效的保障，并很大程度上推動(dòng)了我國(guó)錨桿支護(hù)工程施工水平的發(fā)展[5]。

為了保證煤礦巷道內(nèi)的礦壓處于一個(gè)安全、穩(wěn)定的狀態(tài)，使作業(yè)人員的安全能夠得到保障，我國(guó)在巷道礦壓監(jiān)測(cè)方面也進(jìn)行了技術(shù)研發(fā)，并已經(jīng)取得了十分可觀的進(jìn)步。目前我國(guó)的礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)能夠完成對(duì)煤礦巷道的表面位移、頂板離層及深部位移情況的監(jiān)測(cè)，除此之外，錨桿支護(hù)工程當(dāng)中錨桿與錨索的受力程度，也能夠得到有效的監(jiān)測(cè)，這對(duì)于我國(guó)煤礦巷道支護(hù)水平的提升做出了重大貢獻(xiàn)。近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道礦壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控與把握，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了礦壓實(shí)時(shí)在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)，目前該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，在不久的將來(lái)其必然能夠?yàn)槲覈?guó)煤礦巷道礦壓的監(jiān)測(cè)工作做出重大貢獻(xiàn)。

2.5 錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)

我國(guó)土地廣袤，地質(zhì)復(fù)雜。在進(jìn)行煤礦開(kāi)采過(guò)程中，很容易遇到松散破碎的煤巖體，在這種煤巖體當(dāng)中開(kāi)掘巷道，難度非常大，同樣如果單純依靠錨桿來(lái)進(jìn)行支護(hù)，根本達(dá)不到安全施工的基本要求。在這種情況下，錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)得以研發(fā)。該技術(shù)的研發(fā)能夠通過(guò)注漿來(lái)將破碎的煤巖體進(jìn)行結(jié)合，使它們成為一個(gè)整體，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行錨固支護(hù)，其效果自然而然就能夠得到提升。

3 軟巖巷道支護(hù)實(shí)例分析

3.1 工程簡(jiǎn)介

平莊礦區(qū)紅廟煤礦是我國(guó)最具代表性的軟巖礦井之一。該地區(qū)的煤層及頂板巖層交接程度差，煤巖體強(qiáng)度較低，且具有易風(fēng)化、易崩解破碎，遇水膨脹等特性。在這種情況下煤礦的巷道支護(hù)十分困難。為了保證煤礦的安全作業(yè)，巷道在服務(wù)期內(nèi)不得不多次進(jìn)行翻修，不僅造成了極大的成本浪費(fèi)，還影響了煤礦開(kāi)采進(jìn)度，更為作業(yè)工作帶來(lái)了安全隱患[6]。

3.2 生產(chǎn)條件

開(kāi)采煤層：紅廟煤礦五區(qū)5—2s煤層。

煤層客觀條件：5—2s煤層與其上方的5—1s煤層之間間距很小，5—2s煤層頂板與5—1s每層地板之間的最短距離僅有6 m，最長(zhǎng)距離也只有9 m，并且5—1s煤層已經(jīng)完成了回采。

煤層厚度：5—2s煤層的平均厚度為5.99 m，其中含數(shù)層夾矸。

煤層傾角：煤層傾角度數(shù)為15°～16°。

煤層抗壓強(qiáng)度：煤層單軸抗壓強(qiáng)度僅為4.8 MPa；頂板砂質(zhì)泥巖強(qiáng)度為15～35 MPa；直接底為砂質(zhì)泥巖，單軸抗壓強(qiáng)度為23.5 MPa，且具有膨脹性。

3.3 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)該礦區(qū)實(shí)際情況的了解，采用樹(shù)脂全場(chǎng)預(yù)應(yīng)力錨固組合來(lái)進(jìn)行支護(hù)。

錨桿：Φ22 mm的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，長(zhǎng)度為2.4 m。

錨固劑：高干端部采用快速固化錨固劑、后部采用慢速固化錨固劑。

錨桿排距：錨桿基本排距為900 mm，頂板每排7根，間距為850 mm；每排每幫2根錨桿，間距為600 mm，錨桿預(yù)緊力距為400 N·m。

錨索：?22 mm。

鋼絞線：型號(hào)為1×19，長(zhǎng)度為4.3 m，樹(shù)脂端部進(jìn)行錨固。

具體操作：每1.8 m需要打3根錨索，錨索間距為1.28 m，錨索預(yù)緊力為200～250 kN。

3.4 數(shù)據(jù)分析及支護(hù)措施

完成支護(hù)后，其井下數(shù)據(jù)如下：

①表面位移在掘進(jìn)工作面53 m之后逐漸趨于穩(wěn)定；

②兩幫移近量為79 mm，其中上幫移近量為46 mm，下幫移近量為33 mm；

③頂板、底板移近量為281 mm，其中頂板下沉量為43 mm，頂板膨脹量為238 mm，底板膨脹量占巷道頂?shù)滓平康?4.7%，地板膨脹的主要原因是地板沒(méi)有進(jìn)行有效支護(hù)；

④頂板總離層值為37 mm，其中淺部離層為14 mm，深部離層為23 mm。

除此之外，當(dāng)巷道推進(jìn)距工作面19 m時(shí)，錨桿的受力程度逐漸增大，在距工作面119 m后受力逐步穩(wěn)定。在受力穩(wěn)定后，全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固錨桿受力變化幅度較小，其中絕大部分錨桿的受力變化幅度在5 kN以?xún)?nèi)，最大為8～9 kN。當(dāng)錨索安裝并進(jìn)行張拉后，其受力變化也不大，其基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。

雖然巷道仍出現(xiàn)了一定程度上的變形，但該礦井的支護(hù)效果已經(jīng)基本保證了巷道圍巖的完整性和穩(wěn)定性，并且沒(méi)有讓圍巖出現(xiàn)較大的變形，完全符合了煤礦開(kāi)采的安全生產(chǎn)需求[7]。

4 總結(jié)

綜上所述，煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)是現(xiàn)階段煤礦巷道支護(hù)的主要技術(shù)之一，其無(wú)論是對(duì)于我國(guó)煤礦巷道的支護(hù)質(zhì)量而言，還是我國(guó)煤礦巷道支護(hù)技術(shù)發(fā)展而言，都有著重要意義。不同地區(qū)煤礦巷道的巖土性質(zhì)都存在著差異性，錨桿支護(hù)技術(shù)能夠通過(guò)自身作用的發(fā)揮，有效克服不同巖土性質(zhì)所帶來(lái)的不利影響因素，在完成支護(hù)任務(wù)的基礎(chǔ)上，更為有效地提升煤礦開(kāi)采安全性，為各礦井的安全生產(chǎn)提供保障。隨著煤礦資源的日益減少，煤礦開(kāi)采的難度也越來(lái)越大，因此錨桿支護(hù)技術(shù)必須要不斷發(fā)展，才能夠逐漸滿(mǎn)足高難度煤礦資源開(kāi)采的實(shí)際需求，為煤礦開(kāi)采的安全性與質(zhì)量性提供保障。

［1］包海玲.地下傾斜巷道變形場(chǎng)數(shù)值分析及支護(hù)優(yōu)化［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012.

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［3］張志野.三家子煤礦巷道錨桿支護(hù)應(yīng)力、位移數(shù)值模擬分析［D］.阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012.

［4］馬鑫民，楊仁樹(shù)，張京泉，等.煤礦巷道錨桿支護(hù)智能繪圖系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J］.中國(guó)礦業(yè)，2010（11）：77-80.

［5］康紅普，王金華，林健.煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2010（11）：1809-1814.

［6］張朋.綜采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與巷道支護(hù)效果數(shù)值模擬研究［D］.包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2011.

［7］竇銳.錨桿預(yù)應(yīng)力在煤礦巷道中的支護(hù)效應(yīng)研究［D］.西安：西安科技大學(xué)，2012.

Coal Mine Roadway Bolting Applications

SUN Shan-yun
（Shanxi Joan Heng Engineering Supervision Co.，Ltd.，Taiyuan030001，China）

Coal mine roadway support is an important construction technology to ensure roadway safety and to promote the coal mine production safety.With the development of science and technology，mine roadway support technology has also been significantly improved.The paper combined with practical work experience，took coal roadway bolting as an example，and discussed the engineering of mine roadway support.In order to enhance coal mine tunnel bolting application.

coal project；roadway；bolting

TD353+.6

A

1009－9492(2014)08－0139－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.039

孫善云，男，1981年生，安徽黃口人，大學(xué)本科，助理工程師。研究領(lǐng)域：采礦工程。 (編輯：王智圣)

2014－04－11