煤巷錨桿支護成套技術(shù)

【摘 要】經(jīng)過近年來的快速發(fā)展，煤巷錨桿支護技術(shù)已基本形成了由設(shè)計方法、支護材料、施工機具、工程監(jiān)測等構(gòu)成的煤巷錨扦支護成套技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】錨桿支護；技術(shù)研究

1.巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試

圍巖內(nèi)應(yīng)力、地應(yīng)力是巷道變形和破壞的根本原因，巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試工作是煤巷支護設(shè)計、施工和維護管理中的一項基本工作；我國已經(jīng)研制開發(fā)了井下巷道圍巖強度測試技術(shù)、巷道圍巖結(jié)構(gòu)測試技術(shù)、水壓致裂法地應(yīng)力測量技術(shù)，并在兗州、潞安、新汶、邢臺、晉城等礦區(qū)的應(yīng)用中取得顯著成效。

水壓致裂法地應(yīng)力測量原理，是通過在封隔鉆孔段注高壓水而使鉆孔破裂，根據(jù)鉆孔破裂時的壓力和方向確定主應(yīng)力的大小和方向。水壓致裂法量測應(yīng)力不需要套芯，測試過程簡單，可以快速、經(jīng)濟地進行大面積量測，特別是在量測水平應(yīng)力方面具有明顯優(yōu)勢。針對煤礦井下巷道特點，目前開發(fā)研制的YY-56型礦用便攜式水壓致裂地應(yīng)力測量儀器，可快速、準(zhǔn)確、大面積地測量煤礦巷道圍巖地應(yīng)力。

2.錨桿支護設(shè)計

在多年錨桿支護實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上，根據(jù)煤巷特點并借鑒國外先進技術(shù)，我國成功開發(fā)了錨桿支護動態(tài)信息設(shè)計法。該設(shè)計方法包括試驗點調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計、井下監(jiān)測、信息反饋和修正設(shè)計、變形和安全監(jiān)測等技術(shù)內(nèi)容。其中，試驗點調(diào)查評估包括圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力和錨固性能測試等內(nèi)容。錨桿支護初始設(shè)計采用有限差分軟件FLAC、離散單元法軟件UDEC等進行。為使錨桿支護設(shè)計具有較高的科學(xué)性和可靠性，在大量示范巷道數(shù)值計算、設(shè)計的基礎(chǔ)上又開發(fā)出專用設(shè)計軟件系統(tǒng)。計算結(jié)果用經(jīng)驗法比較修改后，在井下巷道進一步實施試驗驗證。

3.錨桿支護材料

錨桿支護材料的力學(xué)特性顯著控制著錨桿支護效果關(guān)系著巷道支護成本和礦井的經(jīng)濟效益。

3.1高強度錨桿支護材料

經(jīng)過近年的研究和試驗，人們逐步認(rèn)識到高強度錨桿支護材料的重要性。目前我國已經(jīng)能夠軋制無縱筋左旋螺紋鋼錨桿，并采用優(yōu)質(zhì)鋼材或經(jīng)中頻調(diào)質(zhì)而達(dá)到高強度和超高強度級別。直徑為22mm的超高強度錨桿桿體的極限載荷高達(dá)340kN，比以前采用的普通桿體強度可提高2-3倍。

樹脂錨固劑為高分子材料。由于其黏結(jié)強度大、固化時間快、安全可靠性高，已廣泛應(yīng)用于煤巷錨桿支護。我國在樹脂錨固劑配方改進和生產(chǎn)技術(shù)方面做了大量工作，現(xiàn)已形成系列產(chǎn)品，主要性能指標(biāo)均達(dá)國外先進國家的技術(shù)要求。在生產(chǎn)技術(shù)方面，開發(fā)出小型樹脂錨固劑成套技術(shù)。

3.2 W型鋼帶及其軋制技術(shù)

鋼帶是煤巷錨桿支護中的重要構(gòu)件。它可將單根錨桿聯(lián)結(jié)起來組成一個整體承載結(jié)構(gòu)，顯著提高錨桿支護的整體效果。W型鋼帶是利用帶鋼經(jīng)多組軋輥連續(xù)進行冷彎、滾壓成型的型鋼產(chǎn)品；由于鋼帶在冷彎成型過程中的硬化效應(yīng)，可明顯提高型鋼強度，與沖壓及熱軋型鋼相比可節(jié)約鋼材10%～30%。

3.3特種錨桿

對于軟弱破碎、高地應(yīng)力、大斷面巷道和硐室等工程，其共同特點是圍巖自穩(wěn)時間短、破碎范圍大、變形強烈。僅采用常規(guī)的錨桿支護很難達(dá)到有效的支護效果，而且支護和維修費用高、工程量大，有的甚至影響礦井正常生產(chǎn)。針對這一現(xiàn)狀，開發(fā)研制了多種特種錨桿，對解決破碎頂板條件下的煤巷錨桿支護難題提供了有效途徑。

①注漿錨桿——錨桿用鋼管制成，既可起到錨固作用又可作為注漿管進行注漿。它將錨固和注漿結(jié)合在一起，用于軟弱破碎巖層支護。

②自鉆錨桿——這種錨桿集鉆頭、鉆桿和錨桿作用為一體，一般多用于無法成孔的極軟巖層支護。

③接長錨桿——兩根或兩根以上的高強錨桿用特制連接套連接，可成倍增加錨桿長度，適用于需要深錨固的巖層。

此外，還開發(fā)了玻璃鋼錨桿、可回收錨桿等新型錨桿，對于巷道兩幫特別是回采工作面一側(cè)的巷幫支護具有明顯優(yōu)越性。

3.4系列錨索

針對回采巷道特點開發(fā)研制的小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索，可以作為復(fù)合破碎頂板、煤層頂板等困難條件下錨桿支護的補強加固措施。這種錨索的最大特點是采用小直徑鉆孔和樹脂錨固劑錨固，可以像安裝普通樹脂錨桿那樣直接攪拌樹脂錨固劑對錨索錨固端進行加長錨固，適用于28mm鉆孔，錨索最大錨固長度可達(dá)15m。與傳統(tǒng)錨索技術(shù)相比，省去了比較復(fù)雜的注漿工藝、設(shè)備和材料，而且用錨索直接攪拌樹脂錨固劑，樹脂錨固劑固化速度快，錨索可及時主動承載，從而使大跨度、復(fù)合破碎頂板煤巷錨桿支護成為可能，技術(shù)經(jīng)濟效果十分明顯。

4.錨桿支護施工機具

在錨桿支護技術(shù)中，施工機具起著非常重要的作用，它直接影響錨桿施工質(zhì)量和施工速度。目前，單體錨桿鉆機是我國煤礦的主要施工機具，按鉆機工作原理可分為旋轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖擊旋轉(zhuǎn)式幾種；按錨桿鉆機所用動力可分為液壓、電動和風(fēng)動式幾種。在煤巷中應(yīng)用比較廣泛的是旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機。

①液壓式錨桿鉆機——我國在引進、消化、吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制了MYT系列、MZ系列、QYM系列等多種液壓錨桿鉆機。液壓錨桿鉆機具有動力源集中、施工地點隨意性大等特點，但國產(chǎn)鉆機在質(zhì)量和可靠性上尚需進一步完善和提高。國產(chǎn)常用液壓頂板錨桿鉆機的主要技術(shù)性能。

②風(fēng)動式錨桿鉆機——我國已經(jīng)研制開發(fā)了MQT系列型號風(fēng)動錨桿鉆機。這類鉆機除氣馬達(dá)不同外（分別使用齒輪氣馬達(dá)、葉片氣馬達(dá)、柱塞氣馬達(dá)），其他結(jié)構(gòu)和外形基本相似。風(fēng)動錨桿鉆機的主要優(yōu)點是動力單一、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、質(zhì)量輕、便于移動，其缺點是效率低、需要壓風(fēng)管路等。國內(nèi)常用的氣動回轉(zhuǎn)頂板錨桿和錨索鉆機的主要性能參數(shù)。

③電動式錨桿鉆機——電動式錨桿鉆機以電為動力，不要二次能量轉(zhuǎn)換、設(shè)備效率高是該種錨桿鉆機的最大優(yōu)點。但是，目前的電動錨桿鉆機體積和質(zhì)量較大，不便于人工移設(shè)，使用量呈下降趨勢。

從目前現(xiàn)場使用情況分析，風(fēng)動錨桿鉆機使用量大、應(yīng)用范圍廣。經(jīng)過近年來的提高和完善，可靠性和使用壽命都有所提高，基本能夠滿足鉆孔和安裝錨桿要求。此外，為滿足生產(chǎn)要求還開發(fā)了風(fēng)動幫錨桿鉆機代替煤電鉆，以提高幫錨桿的安裝質(zhì)量和速度；開發(fā)研制了大功率、大扭矩風(fēng)動錨索鉆機，如MQT85J型錨索鉆機，基本可滿足鉆裝錨索要求。

5.錨桿支護監(jiān)測儀器和技術(shù)

礦壓監(jiān)測是錨桿支護成套技術(shù)的一項重要內(nèi)容。錨桿支護實施于井下后，應(yīng)對圍巖變形狀況、錨桿（索）受力分布和大小進行全方位監(jiān)測，以獲得支護體和圍巖的位移和應(yīng)力信息，從而判斷錨桿支護初始設(shè)計的合理性和可靠性、巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全性，進而根據(jù)監(jiān)測信息修改初始設(shè)計，使其逐步趨于合理。井下監(jiān)測一般分為綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測兩種，前者用于驗證和修改初始設(shè)計，后者用于保證巷道安全狀況。綜合監(jiān)測內(nèi)容包括巷道表面位移，頂板離層、錨桿（索）受力等。日常監(jiān)測主要包括頂板離層、錨桿錨固力和預(yù)緊力檢測。

近年來，針對煤巷錨桿支護特點開發(fā)了多種性能優(yōu)越的濺試儀器，如MJY-300/89型錨桿拉拔計、LBY-3型頂板離層指示儀、CM-200型測力錨桿以及DW-6型遙測多點位移計。這些儀器已廣泛應(yīng)用于井下巷道，獲得了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，在判斷支護設(shè)計的合理性和巷道的安全性方面發(fā)揮了重要作用。