錨桿錨索梯次支護(hù)技術(shù)在沿空掘巷中的應(yīng)用

張道文

摘要：隨著煤礦開采深度的不斷增加，深部礦山存在越來越突出的壓力問題，嚴(yán)重影響了巷道布置及支護(hù)。而在煤礦的礦建工程中，錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，其不僅能夠使巖石的受力狀態(tài)得到改善，并且大幅度地提高了支護(hù)效果。文章介紹了錨桿支護(hù)技術(shù)與其作用原理，并分析了錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦沿空掘巷中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：錨桿錨索梯次支護(hù)技術(shù)；沿空掘巷；煤礦開采；深部礦山；巷道支護(hù) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD353 文章編號：1009-2374（2015）27-0168-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.086

1 錨桿支護(hù)技術(shù)概述

錨桿支護(hù)技術(shù)能夠加固圍巖，為煤礦巷道圍巖的穩(wěn)定性與完整性提供可靠的保證，同時還能夠有效控制圍巖中出現(xiàn)的位移、變形以及裂隙等問題，具有施工方便、效率高、成本低以及效果好的優(yōu)勢，在煤礦礦建工程中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

傳統(tǒng)架棚式支架等支護(hù)技術(shù)是錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，目前，傳統(tǒng)技術(shù)基本被錨桿支護(hù)技術(shù)所代替。其支持作用主要是借助組合連以及擠壓加固拱等來實(shí)現(xiàn)。通常來講，端頭錨固為樹脂錨桿使用的類型，通過樹脂將其端頭與孔壁巖石粘貼在一起，并同時使用固化劑與加速劑，在凝膠達(dá)到一定強(qiáng)度時再進(jìn)行進(jìn)一步的加固，最后添加墊板于另一端的螺帽上，使螺帽被擰緊。通常圍巖的壓力會由于錨桿矛頭以及墊板等作用而被分解為三個方向的應(yīng)力，其中產(chǎn)生的壓力會大幅度改變圍巖的受力狀態(tài)，進(jìn)而使其移動得到控制，為其穩(wěn)定性與支撐性提供了可靠的保障。

2 錨桿支護(hù)的作用原理

錨桿支護(hù)具有懸吊、組合梁、擠壓加固等多方面作用。其主要通過在煤礦巷道圍巖處打孔，然后在孔內(nèi)安裝錨桿以實(shí)現(xiàn)加固圍巖的目的，使圍巖保持穩(wěn)定。關(guān)于錨桿支護(hù)作用原理，具體介紹如下：

2.1 錨桿支護(hù)的懸吊與組合梁作用原理

在煤礦的挖掘過程中，上部巖層與下部巖層的穩(wěn)定性通常不一致，上部巖層的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下部巖層。然而錨桿技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決這問題，在較為穩(wěn)定的上部巖層的基礎(chǔ)上，利用錨桿使下部巖層得以穩(wěn)定。在這一過程中，下部巖層的重力為錨桿的壓力。礦井的巷道可以簡化為疊合梁。部分巖層會由于較高的承載力而導(dǎo)致彎曲或者斷裂，而每一層梁的受力情況具有一定的復(fù)雜性，同時受到的壓力較大，強(qiáng)度明顯無法達(dá)到要求。然而，錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可以在其中安裝錨桿，使其形成了一定的摩擦力，多個薄巖層經(jīng)過長時間的磨合，進(jìn)而結(jié)合形成了一個較厚的巖層，此外由錨桿形成的組合梁承受的能力也相對較大，如此就使得梁的整體強(qiáng)度能夠滿足相關(guān)受力要求。

2.2 錨桿支護(hù)的組合加固拱作用原理

通常礦井巷道中的破碎巖石會從徑向、軸向以及周向等三個方向向拱形部位施加壓力，針對這種情況進(jìn)行錨桿的安裝，能夠?qū)⒈∪醯膸r層進(jìn)行連接，進(jìn)而可以形成一個拱形的壓縮帶，提高穩(wěn)定性。

2.3 錨桿支護(hù)減跨作用以及圍巖補(bǔ)加強(qiáng)作用原理

在巷道的壓力拱跨中，必須安裝錨桿使一個壓力拱劃分為兩個，將壓力拱的跨度降低了1/2，其高度也隨之降低，若壓力拱中安設(shè)了兩個錨桿，那么會使一個壓力拱劃分為三個小拱，降低了1/3的壓力拱的跨度，高度也隨之降低。為了加強(qiáng)圍巖的自身強(qiáng)度，提高其穩(wěn)定性，可以在巷道內(nèi)部安裝錨桿，那么巷道周邊巖石的受力情況會由二向轉(zhuǎn)變?yōu)槿?。此外，為避免巷道周邊圍巖發(fā)生嚴(yán)重的變形與破壞，可以進(jìn)行錨桿的安裝，提高其抗剪切強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。

3 錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 對巷道進(jìn)行修復(fù)

當(dāng)巷道利用整體混凝土支架做支護(hù)時，特別是在支護(hù)采動影響的區(qū)域內(nèi)，支架容易產(chǎn)生裂縫。而為實(shí)現(xiàn)對損壞的整體混凝土支架的維修，錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用起到了較大的作用，例如巷道內(nèi)產(chǎn)生浮石，通過對破壞部分的鉆孔，同時對鋼筋混凝土錨桿進(jìn)行安裝，并附帶鋼槽以及其他型鋼做的錨梁。在事故發(fā)生的過程中，通常會由于巷道頂板巖石冒落而形成自然平衡拱，此時利用錨桿對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，處于錨桿保護(hù)狀態(tài)下能夠?qū)γ奥鋷r石進(jìn)行有效清除，并且在地板巖石被清理完畢之后，再通過錨桿對下部巷道進(jìn)行加固。

3.2 防止巷道底臌

關(guān)于巷道底臌的防止錨桿是一個十分有效的手段。通常情況下，錨梁橫交于巷道，用錨桿將其向巷道地板拉攏，可以借助金屬錨桿，也能夠利用鋼筋混凝土錨桿，例如注漿錨桿（錨索）等。后者一般需要借助風(fēng)鉆打孔，然后將特制的注漿錨桿或錨索通過樹脂藥卷打注在孔內(nèi)，最后通過錨桿（錨索）的中心孔將攪拌均勻的混凝土通過注漿泵注入錨桿（錨索）內(nèi)，待凝固后促使底板形成組合結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，此種方法能夠減緩約30%～60%的巷道底臌程度。

3.3 對水平間煤柱進(jìn)行加固

在急傾斜厚煤層的開采過程中，必須對水平間工作面邊緣的煤柱加以支護(hù)，而錨桿支護(hù)技術(shù)具有成本低的特點(diǎn)，其應(yīng)用經(jīng)濟(jì)合理，使用較為廣泛。在錨桿支架使用之前，應(yīng)考察煤層厚度并據(jù)此借助單排或雙排的桁架式支架對水平間的煤柱加以支護(hù)，并安裝木托梁于回風(fēng)順槽的交叉點(diǎn)處。此時，應(yīng)在超工作面前1.5～2.0m處進(jìn)行桁架式支架的安裝。利用無人采煤對使用了錨桿支架的急傾斜煤層進(jìn)行開采是以錨桿對水平間煤柱進(jìn)行支護(hù)的成功案例為基礎(chǔ)的，此類采煤方法通過放置炸藥包在平行于回采工作面的長鉆孔中以實(shí)現(xiàn)爆破落煤。

4 錨桿支護(hù)的具體施工與檢驗(yàn)

4.1 錨桿支護(hù)的施工要點(diǎn)

錨桿支護(hù)主要有錨桿鉆孔和錨桿安裝這兩步施工工序。在錨桿支護(hù)施工之前，一定要以滿足錨桿布置的設(shè)計(jì)要求為前提，利用巷道中的腰線將錨桿孔位標(biāo)出，如此才能使錨桿鉆孔過程中不會出現(xiàn)偏差導(dǎo)致施工失誤。在錨桿鉆孔中，必須嚴(yán)格按照錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。此外，錨桿的鉆孔應(yīng)先于錨桿的安裝。

4.2 錨桿支護(hù)的檢驗(yàn)

在錨桿支護(hù)施工過程中，為有效提高錨桿的安裝質(zhì)量，施工完畢后進(jìn)行全方位的檢驗(yàn)是非常必要的。通常錨桿應(yīng)比金屬鍥縫式的錨桿孔的深度長50～70mm，比倒鍥式錨桿孔的孔深長100～120mm，錨桿的直徑應(yīng)該與錨桿孔的直徑相匹配，不能過大或者過小，過小會導(dǎo)致錨桿無法安裝進(jìn)去，而錨桿孔直徑過大又會使得錨桿的穩(wěn)定性不足。若巖石面全部接觸了托板，那么會使得托板的受力狀態(tài)具有一定的均勻性，使托板的承載能力得以顯著增強(qiáng)。因此，在托板的安裝工作開展之前，應(yīng)最大程度地鑿平巖石面，并且錨桿內(nèi)部產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力與螺帽的擰緊程度成正比例關(guān)系，因此螺帽在安裝的過程中應(yīng)將其擰緊。

5 結(jié)語

綜上所述，巷道錨桿支護(hù)技術(shù)能夠有效解決復(fù)雜的煤礦巷道中存在的壓力問題，使圍巖的穩(wěn)定性得以有效提高，同時錨桿技術(shù)的應(yīng)用還具有低成本、高效率的特點(diǎn)，并且能夠?yàn)槭┕と藛T的人身安全提供可靠的保障，對于煤礦生產(chǎn)的建設(shè)有著十分重要的意義。

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（責(zé)任編輯：王 波）