試論煤礦錨網(wǎng)錨噴支護(hù)的應(yīng)用技術(shù)

侯省委

[摘 要]錨網(wǎng)噴支護(hù)作為一種有效的采礦巷道支護(hù)方式，由于對圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化作用，可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性，加之成巷速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、提高巷道斷面利用率、簡化回采面的端頭維護(hù)工藝，明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件，成為礦井巷道的主要支護(hù)形式，得到了大力推廣應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]錨網(wǎng)噴支護(hù) 支護(hù)技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）01-0224-01

引 言

隨著煤巷錨網(wǎng)噴支護(hù)技術(shù)的快速發(fā)展，對錨網(wǎng)噴支護(hù)理論的研究也取得較大進(jìn)展。在大量理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、數(shù)值模擬及井下試驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化了對錨網(wǎng)噴支護(hù)作用本質(zhì)的認(rèn)識，指導(dǎo)和促進(jìn)了煤巷錨網(wǎng)噴支護(hù)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

一、煤礦開采中錨網(wǎng)噴支護(hù)作用原理

錨桿是一種安設(shè)在巷道圍巖體內(nèi)的桿狀錨栓體系。采用錨網(wǎng)噴支護(hù)的巷道，就是在巷道掘進(jìn)后向圍巖中鉆錨桿眼，將錨桿安設(shè)在錨桿孔內(nèi)，然后在上錨桿餅之前，將經(jīng)緯網(wǎng)狀的金屬網(wǎng)緊貼在巷道巖體表面，最后用噴漿機(jī)將水泥、砂按照一定的比例形成的混凝土對巷道巖體表面進(jìn)行噴射，起到對巷道圍巖進(jìn)行密封，防止風(fēng)華、加固等作用，以維護(hù)巷道的穩(wěn)定性。

1.懸吊作用。懸吊作用是指將要冒落的圍巖或者軟弱巖層，用錨桿懸吊于上部的堅(jiān)硬巖體上，由錨桿來承載圍巖或者弱巖的重量。

2.組合梁作用。可將平頂巷道層狀頂板看作是由巷道兩幫為支點(diǎn)的疊合梁，在荷載作用下，各層板梁都單獨(dú)彎曲，每層板梁的上下緣分別處于受壓和受拉狀態(tài)。但是用錨桿將各組合板梁壓緊之后，在荷載作用下，就如同一塊板梁的彎曲一樣，提高了板梁的抗彎強(qiáng)度，可以提高頂板巖層的承載能力。

3.擠壓加固拱作用。在巷道周圍系統(tǒng)地布置錨桿，使巷道拱部節(jié)理發(fā)育的巖體連接在一起，便在一定的范圍內(nèi)形成一個(gè)連續(xù)的、具有一定白承能力的拱形壓縮帶，使巷道圍巖由原來作用在支架上的荷載變成了承載結(jié)構(gòu)，以支承其自身的重量和頂板壓力。

4.減跨作用。在巷道內(nèi)安設(shè)錨桿，能夠減少壓力拱的高度和跨度。如在巷道跨中打一根錨桿，相當(dāng)于在該處打一根支柱，使原來的拱分為兩個(gè)小拱，小拱的跨度為原拱的一半。如果打三根錨桿，就相當(dāng)于將原來的拱分成四個(gè)小拱，壓力拱的跨度為原拱的1/4，同時(shí)壓力拱的高度也明顯降低。

5.圍巖補(bǔ)強(qiáng)加固作用。巷道深處圍巖內(nèi)的巖石處于三向受力狀態(tài)，而靠近巷道周邊的巖石則處于二向受力狀態(tài)，后者的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者，因此容易受破壞而喪失穩(wěn)定性。在巷道內(nèi)安設(shè)錨桿后，有些圍巖又部分地恢復(fù)為三向受力狀態(tài)，增強(qiáng)了自身的強(qiáng)度。此外，錨桿還可以增強(qiáng)巖層弱面的抗剪強(qiáng)度，使巷道周邊的圍巖不易破壞和失穩(wěn)。

6.防風(fēng)化、巖體脫離、煤層自燃的作用。巷道巖體表面掛網(wǎng)、噴漿后，密封了巖體的裸露空間，有效的隔離了巖體與空氣的接觸，防止了巖體表面的風(fēng)化，從而進(jìn)一步防止局部巖體小面積離層、脫落；尤其對容易自燃煤層，有效的隔離了煤層與空氣的接觸，隔絕氧氣，對防止煤層自燃有著很好的隔離作用。

二、錨網(wǎng)噴支護(hù)參數(shù)的確定

支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)是巷道支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定量決策的關(guān)鍵所在。當(dāng)支護(hù)型式確定以后，參數(shù)設(shè)計(jì)正確與否，直接影響到支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)支護(hù)參數(shù)所提供的支護(hù)強(qiáng)度不夠，即使支護(hù)型式是合理的，也可能控制不住巷道圍巖的嚴(yán)重變形和破壞，最終導(dǎo)致巷道不得不翻修，影響正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益；當(dāng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)得過于保守，雖然能保證巷道在服務(wù)期間的穩(wěn)定狀況，但支護(hù)成本必然偏高。因此，科學(xué)地尋找支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)在安全和經(jīng)濟(jì)這兩方面之間的最佳點(diǎn)，對安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的意義是顯而易見的。按照不同的地質(zhì)條件與巷道條件，錨網(wǎng)噴支護(hù)可根據(jù)其作用機(jī)制選擇相應(yīng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。目前，用于煤礦巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的主要的錨網(wǎng)噴支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)方法有如下幾種：

1.懸吊機(jī)制及其圍巖條件：在層狀巖體中，錨桿將下部不穩(wěn)定巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上，錨桿承受的載荷為下部不穩(wěn)定巖層的重量。最典型的情況是頂板上部1—1.8m處有一厚層（2m以下）堅(jiān)固巖層，下部為較完整的層狀較弱巖層。若沒有上述堅(jiān)固巖層，也可用免壓拱高或破碎帶高度以外的非破碎穩(wěn)定帶概念代替。

2.組合梁機(jī)制及其圍巖條件：在沒有堅(jiān)硬厚層的薄狀巖層中，通過錨桿的預(yù)拉應(yīng)力，將視為疊合梁的各薄層擠緊，提高其自撐能力。桿體承受巖層錯(cuò)動(dòng)趨勢所產(chǎn)生的剪應(yīng)力。組合梁與疊合梁相比，應(yīng)力減?。╪-l）倍，撓度減?。?12-1）倍。

3.鉸拱（楔固、緊固）機(jī)制及其圍巖條件：在被裂隙切割的塊狀圍巖中，錨桿將危石懸吊，彼此擠緊，形成類似三鉸拱的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不但使巖塊不掉落，而且加固成能承受載荷的整體結(jié)構(gòu)。

4.組合拱（均勻壓縮拱）機(jī)制及其圍巖條件：采用點(diǎn)錨固形式的錨桿的預(yù)拉應(yīng)力可以形成以錨桿兩端為頂點(diǎn)的算盤珠式的壓縮區(qū)。若把錨桿以適當(dāng)?shù)拈g距沿拱形斷面系統(tǒng)安裝，則可在巷道周圍形成連續(xù)的均勻壓縮帶作為承載結(jié)構(gòu)并將應(yīng)力向兩幫深部圍巖傳遞，其承載能力決定于錨桿長度與間距、預(yù)拉應(yīng)力。

三、錨網(wǎng)噴支護(hù)設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)有錨網(wǎng)噴支護(hù)設(shè)計(jì)方法的評價(jià)目前煤巷錨網(wǎng)噴支護(hù)設(shè)計(jì)主要烈工程類比法和理論分析法為主，不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際需要，主要表現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：

（1）用于設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)參數(shù)是巷道周圍某幾個(gè)點(diǎn)（甚至僅一個(gè)點(diǎn)）的綜合地質(zhì)技術(shù)資料的平均值，設(shè)計(jì)出的錨桿參數(shù)為整條巷道服務(wù)。一方面導(dǎo)致巷道絕大部分區(qū)域設(shè)計(jì)的錨桿參數(shù)過高，不但浪費(fèi)了大量材料，增加了支護(hù)成本，也降低了巷道的掘進(jìn)速度；另一方面又使巷道的某些局部地質(zhì)技術(shù)條件變化區(qū)域設(shè)計(jì)的錨網(wǎng)噴支護(hù)參數(shù)不足，引發(fā)局部冒頂事故。

（2）依據(jù)的基礎(chǔ)性參數(shù)缺乏定量化評價(jià)指標(biāo)，導(dǎo)致錨網(wǎng)噴支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)、合理和確定性。盡管近年來出現(xiàn)的錨網(wǎng)噴支護(hù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法已在我國部分礦區(qū)得到實(shí)踐，但實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。因此，需要使用更可靠的煤巷錨網(wǎng)噴支護(hù)設(shè)計(jì)方法，保證設(shè)計(jì)的可靠性。

四、錨網(wǎng)噴支護(hù)的施工與檢驗(yàn)

1.錨桿的安裝。錨桿的安裝施工包括鉆錨桿眼和安裝錨桿兩道主要工序。在錨桿安裝施工之前，應(yīng)該根據(jù)錨桿布置方式設(shè)計(jì)要求，用巷道中腰線標(biāo)定出錨桿的眼位。打眼時(shí)，眼位、眼深、角度都必須符合要求。錨桿眼鈷好后，就可以進(jìn)行錨桿的安裝工作。

2.錨桿的檢驗(yàn)。為了保證錨網(wǎng)噴支護(hù)的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)注意以下問題：

（1）錨桿孔的深度要與錨桿的長度配合適當(dāng)，錨桿孔過深或者過淺都會使安裝墊板和螺帽產(chǎn)生困難。金屬楔縫式錨桿孔的深度應(yīng)比錨桿短50-70mm，倒楔式錨桿孔的深度應(yīng)比錨桿短100-120mm。

（2）錨桿孔的直徑與錨桿的直徑應(yīng)該配合適當(dāng)。

（3）安裝托板時(shí)應(yīng)該盡量將巖面找平，使托板和巖面全部接觸，以求托板受力均勻，增強(qiáng)其承載能力。

（4）螺帽要用扳手盡量擰緊，使桿體中產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力。

（5）錨桿質(zhì)量檢查。錨桿質(zhì)量檢查，主要注意檢查錨桿孔直徑、眼深、間距、排距以及螺帽的擰緊程度和錨固力。

（6）錨網(wǎng)規(guī)格型號應(yīng)該配合適當(dāng)，網(wǎng)與網(wǎng)之間的接茬應(yīng)連接可靠。

（7）噴漿的厚度、強(qiáng)度應(yīng)有具體的設(shè)計(jì)要求。

結(jié) 語

煤礦井道地質(zhì)與生產(chǎn)條件的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：煤巖體強(qiáng)度低，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，層理節(jié)理發(fā)育：動(dòng)壓影響強(qiáng)烈；巷道多是矩形類斷面，受力差；護(hù)巷煤柱小。這些特點(diǎn)帶來一系列復(fù)雜困難巷道，對支護(hù)技術(shù)要求更高、更苛刻煤井支護(hù)有架棚、料石砌碹、錨桿等一系列支護(hù)形式，架棚和料石砌碹等支護(hù)是被動(dòng)支護(hù)，由于成本高、進(jìn)度慢、消耗體力大、支護(hù)效果差等原因逐漸被淘汰而錨網(wǎng)噴支護(hù)在煤礦巷道支護(hù)中占主導(dǎo)地位，是唯一能實(shí)現(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟(jì)的一種支護(hù)形式。在穩(wěn)定圍巖中，可節(jié)省工程成本，提高施工速度。從而取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。