煤礦工程中的錨桿支護(hù)成套技術(shù)應(yīng)用

李賓

摘 要：錨桿技術(shù)在煤礦工程中發(fā)護(hù)著重要作用，本文首先介紹了其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以及作用機(jī)理。然后從錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)、材料選擇、圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試等幾方面對(duì)錨桿支護(hù)成套技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)成套技術(shù)；礦壓監(jiān)測(cè)；巷道支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

煤是我國的主要能源，隨著煤礦開采行業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多開采技術(shù)，為我國煤礦事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。煤礦開采存在有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，如何在安全開采的基礎(chǔ)上減少成本，以最低消耗取得最好效果是當(dāng)前應(yīng)考慮的重點(diǎn)。巷道支護(hù)是煤礦開采的關(guān)鍵，巷道支護(hù)技術(shù)也備受關(guān)注，錨桿支護(hù)技術(shù)憑借高質(zhì)量、低成本等優(yōu)勢(shì)在近些年被廣泛使用，為煤礦企業(yè)帶來了巨大效益。

1 錨桿支護(hù)技術(shù)

在煤礦開采中，通常需要挖掘一定的通道，即為巷道。巷道直接關(guān)系著運(yùn)輸效率和作業(yè)人員的生命安全，為防止周圍巖石塌落，需對(duì)其進(jìn)行安全支護(hù)。在不斷探索中，有很多種支護(hù)方法，如架設(shè)棚式支架、錨桿支護(hù)等，后者是當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的一種。錨桿支護(hù)主要是對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加固，控制其變形、位移，維持其穩(wěn)定性而采用的一種支護(hù)方法。先在巷道頂板及兩幫打孔，然后是用樹脂將錨桿錨固到巷道圍巖穩(wěn)定的巖層或煤層中，以起到支護(hù)作用。

1.1 作用機(jī)理

關(guān)于錨桿支護(hù)技術(shù)的作用機(jī)理，可從以下幾方面了解：

①巷道圍巖在挖掘中可能會(huì)出現(xiàn)滑移、變形、張裂等現(xiàn)象，通過錨桿支護(hù)，可生成次生承載層，對(duì)以上現(xiàn)象加以控制，以維持圍巖結(jié)構(gòu)的完整。這家要求錨桿自身的剛度和強(qiáng)度必須要高，有足夠的預(yù)緊力和破斷力。

②錨桿可有效提高錨固區(qū)周圍的巖體的粘聚力和強(qiáng)度，但主要用于低強(qiáng)度的巖體或煤體。在對(duì)中高強(qiáng)度的巖石進(jìn)行錨固時(shí)，其作用并不十分明顯。在加固不連續(xù)面時(shí)，錨桿主要依靠其自身的軸向力和切向力來實(shí)現(xiàn)，在使其不滑動(dòng)的前提下可有效提高結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，進(jìn)而保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

③為分擔(dān)錨桿承擔(dān)的荷載，擴(kuò)大其作用范圍，可使用鋼帶，使荷載趨于均勻，進(jìn)而形成組合支護(hù)系統(tǒng)，以降低因巖石彎曲造成的拉伸破壞。錨索是連接圍巖和次生承載層的關(guān)鍵部分，可充分調(diào)動(dòng)深部圍巖的承載能力。

1.2 優(yōu)勢(shì)及不足

與傳統(tǒng)的棚式支護(hù)方法相比，錨桿支護(hù)更加科學(xué)，具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，無需過多設(shè)備裝置，成本較低；錨桿支護(hù)技術(shù)比較靈活，因是主動(dòng)支護(hù)，實(shí)際使用時(shí)可結(jié)合具體情況加以調(diào)整，且工具制作的時(shí)間較短，容易操作；圍巖的形狀較為復(fù)雜，錨桿支護(hù)通過調(diào)整可增加支護(hù)阻力，以提高圍巖的承載力，維持圍巖的穩(wěn)定；耗費(fèi)能源較少，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境有嚴(yán)重的污染。其不足之處在于對(duì)周圍的條件匹配程度要求過高。

2 錨桿支護(hù)成套技術(shù)分析

在多年的實(shí)踐中，錨桿支護(hù)技術(shù)日臻成熟，取得了顯著成就，對(duì)其理論和成果進(jìn)行總結(jié)分析，形成了一套系統(tǒng)化的錨桿支護(hù)成套技術(shù)，同時(shí)制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和制度，以推動(dòng)該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。成套技術(shù)結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，涉及諸多領(lǐng)域，如錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)、施工器械、礦壓檢測(cè)、圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試、工程質(zhì)量檢測(cè)等。

2.1 錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)

從當(dāng)前煤礦開采狀況來看，巷道錨桿支護(hù)在設(shè)計(jì)時(shí)以動(dòng)態(tài)信息法為主，即設(shè)計(jì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)工程，并非一次性完成。如此可實(shí)時(shí)收集所需信息，分析后對(duì)每個(gè)過程中的信息進(jìn)行充分利用，以達(dá)到預(yù)期目的。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于錨桿和錨索支護(hù)各項(xiàng)構(gòu)件的匹配程度，若匹配程度較低，極易影響到整體支護(hù)效果。因此，錨桿托板、錨固劑以及螺母或其他組合構(gòu)件，在力學(xué)性能及力學(xué)參數(shù)上都需和桿體強(qiáng)度相匹配。這些部件之間也同樣應(yīng)保持高度的匹配。如采用的錨桿強(qiáng)度和預(yù)應(yīng)力均較高，則托板應(yīng)使用高強(qiáng)度的拱形托板，組合構(gòu)件可選擇相配套的W型鋼帶，金屬網(wǎng)則使用同等強(qiáng)度的鋼筋網(wǎng)，令配備高強(qiáng)度螺母。若采用高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度的錨索，應(yīng)選擇高強(qiáng)度的拱形托板。需確保每一項(xiàng)構(gòu)件的完整性和穩(wěn)定性，一旦出現(xiàn)問題，必會(huì)影響整體效果。

2.2 圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試

測(cè)試對(duì)象有煤巖強(qiáng)度、地應(yīng)力、結(jié)構(gòu)測(cè)量等。以地應(yīng)力測(cè)試為例，在井下采礦中，應(yīng)力解除法和水壓致裂法是較為常用的方法。應(yīng)力解除法是指借助專業(yè)的測(cè)量儀器對(duì)原巖應(yīng)力及次生應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試。而煤巖結(jié)構(gòu)測(cè)量，隨著測(cè)量難度的增加和技術(shù)的發(fā)展，各種高科技測(cè)量設(shè)備相繼出現(xiàn)，如礦用電子鉆孔窺視儀，在測(cè)量煤巖的層理、離層以及縫隙時(shí)，因測(cè)速快、精確度高等優(yōu)勢(shì)被廣泛使用。圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試極為重要，只有準(zhǔn)確掌握了各項(xiàng)參數(shù)，才能更加科學(xué)地對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行布置。

2.3 錨桿支護(hù)的材料

選擇何種材料是錨桿支護(hù)發(fā)揮其作用的前提，材料優(yōu)劣與支護(hù)結(jié)果有關(guān)，傳統(tǒng)的支護(hù)材料強(qiáng)度較低，逐漸發(fā)展成為高強(qiáng)度以及高預(yù)應(yīng)力。在過去的煤礦作業(yè)中，經(jīng)常會(huì)使用普通的Q235圓鋼黏結(jié)式錨桿，當(dāng)前在少數(shù)礦區(qū)依舊有所應(yīng)用。然而，現(xiàn)代煤礦開采條件越來越復(fù)雜，以往的材料難以滿足新的要求，因此研制出許多新型材料的錨桿。如高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)系列材料。通過桿結(jié)構(gòu)與形式優(yōu)化，可使錨固效果有明顯的提升；開發(fā)錨桿專用鋼材，可達(dá)到高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度的級(jí)別。在預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方面，目前已生產(chǎn)出專用于煤礦開采的大直徑、高噸位錨索，其直徑最大有22mm，能夠拉斷重600kN。

2.4 錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)

在松散破碎的煤巖體中挖掘巷道，如果只采用錨桿支護(hù)技術(shù)，可能達(dá)不到理想效果。在新建或維修損壞的巷道時(shí)，僅使用錨桿支護(hù)技術(shù)同樣會(huì)影響到支護(hù)效果。因此，在實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)與其他技術(shù)相結(jié)合，如注漿技術(shù)等。結(jié)合巷道特點(diǎn)，開發(fā)出不同形式的注漿錨桿，在破碎煤巖體中，還引進(jìn)研制出鉆錨注加固技術(shù)，解決了難成孔的破碎煤巖體加固難題。在小孔徑樹脂錨索的基礎(chǔ)上，研制出樹脂與注漿聯(lián)合錨固錨索。通過對(duì)注漿參數(shù)的控制，可起到加固的目的。水泥基材料是常用的主將材料，因圍巖條件復(fù)雜多樣，另外還有各種類型的化學(xué)加固材料，包括聚氨酯、脲醛樹脂等。

2.5 礦壓檢測(cè)和支護(hù)施工質(zhì)量

為保證作業(yè)人員安全，應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)礦壓，先后研制出許多設(shè)備，可對(duì)錨桿、錨索受力等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。當(dāng)前以綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為主。錨桿施工中應(yīng)注意保證質(zhì)量，為此，需對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，開發(fā)出系列錨桿拉拔機(jī)、預(yù)緊力檢測(cè)器具、聲波錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀等測(cè)試設(shè)備。

結(jié)語

在煤礦的挖掘開采工程中，為保證作業(yè)順利進(jìn)行，經(jīng)常需要開挖巷道。這就要求對(duì)巷道加以維護(hù)，避免出現(xiàn)巷道坍塌現(xiàn)象。 錨桿支護(hù)是常用的一種方式，在長期總結(jié)實(shí)踐中，逐漸形成了系統(tǒng)化的整套技術(shù)，需加大研究力度，進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

[1]朱均，李勇.淺談煤礦巷道錨桿支護(hù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用[J].低碳世界，2013，22（18）：109-110.

[2]王丹凈.煤礦建井施工錨桿支護(hù)探析[J].煤炭技術(shù)，2013，24（10）：134-135.

[3]王金華，林健，康紅普.煤礦巷道錨桿支護(hù)應(yīng)用實(shí)例分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，27（04）：154-155.

[4]李晉華.煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].科技視界，2013，27（35）：109-110.

[5]王玉良.煤礦錨桿支護(hù)工程質(zhì)量管理探討[J].中外企業(yè)家，2012，25（07）：156-157.