煤礦巷道錨桿支護(hù)的應(yīng)用實(shí)例研究

摘要：在煤炭開采過程中，由于開采難度比較大，很容易產(chǎn)生安全事故。為了實(shí)現(xiàn)安全施工，需要做好巷道錨桿支護(hù)施工技術(shù)。文章以實(shí)際工程為例，首先分析了巷道錨桿支護(hù)的基本原理以及工程的地質(zhì)情況，然后結(jié)合工程的實(shí)際情況制定了支護(hù)措施，取得了良好的支護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；煤礦巷道；錨桿支護(hù)；巷道工程；巷道安全 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD35 文章編號(hào)：1009-2374（2016）27-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.070

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，煤礦開采技術(shù)也在不斷提升，作為煤礦開采行業(yè)中具有悠久發(fā)展史的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)也取得了很大的進(jìn)展，而煤礦巷道的支護(hù)技術(shù)中以錨桿支護(hù)為最常見的技術(shù)。隨著錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦開采中的廣泛應(yīng)用，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。錨桿支護(hù)技術(shù)具有施工便捷及支護(hù)效果大大提升的特點(diǎn)，促進(jìn)了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)提升了煤礦巷道支護(hù)工程的質(zhì)量，大大提高了煤礦開采的安全性。

1 巷道支護(hù)技術(shù)的歷史進(jìn)程

隨著科技的進(jìn)步，新技術(shù)不斷應(yīng)用在煤礦開采上，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。煤礦巷道支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了最原始的木支護(hù)階段、砌碹支護(hù)階段，發(fā)展到了后來的型鋼支護(hù)階段，再到現(xiàn)在的錨桿支護(hù)，此期間經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的科技進(jìn)步和技術(shù)探索階段。近半個(gè)世紀(jì)以來，錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，在支護(hù)強(qiáng)度上進(jìn)行了大大的改進(jìn)，由低強(qiáng)度，到高強(qiáng)度，再到高強(qiáng)度和高預(yù)應(yīng)力，最后發(fā)展到強(qiáng)力支護(hù)階段。在錨桿支護(hù)發(fā)展的同時(shí)，錨桿的材質(zhì)也在不斷發(fā)展，由最初的機(jī)械錨固型錨桿、鋼絲繩砂漿型錨桿，到后來的端部錨固樹脂型錨桿、快硬水泥型錨桿，之后發(fā)展為管縫式錨桿。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，煤礦巷道支護(hù)中對(duì)于錨桿技術(shù)的要求也越來越高，由此就出現(xiàn)了二次支護(hù)和多錨桿支護(hù)技術(shù)，且變成現(xiàn)代煤礦巷道支護(hù)中的關(guān)鍵支護(hù)技術(shù)。

2 煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

2.1 煤礦開采錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選擇

隨著現(xiàn)代煤礦開采難度的增加，煤礦行業(yè)對(duì)于錨桿支護(hù)技術(shù)的要求越來越嚴(yán)格，因此錨桿支護(hù)前期的方案設(shè)計(jì)工作要考慮到整個(gè)煤礦開采的各方面，必須保障其錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性、安全性。錨桿支護(hù)的前期方案設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮支護(hù)部件材料的科學(xué)性選擇，錨索與錨桿支護(hù)構(gòu)件之間的契合性及所有支護(hù)部件間的合理搭配性。

錨桿支護(hù)初期方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)煤礦開采地的地質(zhì)情況，實(shí)地調(diào)研開采地環(huán)境和其他周圍因素，全方位地考慮各種因素和條件，設(shè)計(jì)出切實(shí)有效的錨桿支護(hù)方案，在保證錨桿工程高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)上力求保障礦區(qū)礦體整體的性能結(jié)構(gòu)和錨桿的安全施工。

2.2 煤礦開采錨桿支護(hù)工程的材料選擇

煤礦巷道錨桿支護(hù)的材料主要形式是Q235圓鋼粘結(jié)式錨桿。截止到現(xiàn)在，很多礦區(qū)的錨桿支護(hù)依舊采用這種材質(zhì)的錨桿。為了應(yīng)對(duì)煤礦開采難度的增加，錨桿材料的研發(fā)者采取了一系列的試驗(yàn)，從形狀和結(jié)構(gòu)上提升了錨桿的材質(zhì)，研發(fā)出錨桿支護(hù)專有的鋼材材料，大大提升了錨固效果，改善了煤礦巷道支護(hù)強(qiáng)度。

2.3 錨桿支護(hù)工程中礦壓的監(jiān)測(cè)以及質(zhì)量的控制

煤礦巷道支護(hù)工程中，礦壓的監(jiān)測(cè)工作及工程施工質(zhì)量控制工作都關(guān)系到整個(gè)煤礦巷道支護(hù)工程的好壞，同時(shí)對(duì)煤礦的開采有著重要的意義。近些年來，工程施工技術(shù)人員不斷從提升工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)手段方面對(duì)錨桿支護(hù)工程的質(zhì)量進(jìn)行了改進(jìn)。諸多工程監(jiān)測(cè)儀器的研發(fā)，如錨桿預(yù)緊力監(jiān)測(cè)儀、錨桿拉拔計(jì)等，都加快了錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，為錨桿支護(hù)工程質(zhì)量的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)。為了更好地推進(jìn)國內(nèi)煤礦的開采，國家在煤礦巷道內(nèi)礦壓的監(jiān)測(cè)上也采取了一系列的措施，改進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展，確保巷道內(nèi)的礦壓一直處于穩(wěn)定、安全的狀態(tài)下，大大提升了煤礦開采的安全性。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在礦壓監(jiān)測(cè)上取得了良好的成就，已經(jīng)能夠從煤礦巷道表面位移，到頂板隔離層再到煤礦的深部位移等方面進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)工作。此外，還可以對(duì)錨桿和錨索的受力程度進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)工作，大大提升了煤礦巷道支護(hù)的質(zhì)量。

3 錨桿支護(hù)應(yīng)用實(shí)例

某礦區(qū)為比較典型的軟巖礦井，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為20年，煤層和頂?shù)装鍘r層膠結(jié)度差，煤層巖體松散破碎、強(qiáng)度小、遇水后會(huì)出現(xiàn)膨脹，增加了巷道的支護(hù)難度，維護(hù)成本高，并且對(duì)開采施工的正常開展造成了比較大的影響。為了解決上述問題，需要結(jié)合具體的地質(zhì)情況制定合理的支護(hù)技術(shù)。

3.1 煤礦巷道支護(hù)的方案選擇

為了解決煤礦開采區(qū)地質(zhì)松軟而導(dǎo)致破碎圍巖巷道支護(hù)的問題，某煤炭開采公司與煤炭開采設(shè)計(jì)研究院共同對(duì)于C區(qū)4–2S的順槽土質(zhì)開展了多次勘測(cè)實(shí)驗(yàn)工作。

3.1.1 煤礦巷道地質(zhì)勘測(cè)實(shí)驗(yàn)。該煤礦開采是對(duì)C區(qū)4–2S工作面的4-2#煤層進(jìn)行開采，其4-1#煤層已經(jīng)開采完畢。由于地質(zhì)條件的限制，兩煤層之間的距離很小，調(diào)查發(fā)現(xiàn)本工作面范圍內(nèi)4-2#煤層的頂板距離4-1#煤層底板的距離在6～9m之間浮動(dòng)。4-2#煤層包含數(shù)層夾矸，其煤層均厚為5.99m，煤層傾角為15°～16°。煤層呈現(xiàn)層理、節(jié)理的發(fā)展，其單軸的抗壓強(qiáng)度很小，僅為4.8MPa。

該煤層的頂板和直接地均為砂質(zhì)泥巖，其強(qiáng)度為15～25MPa；單軸具有膨脹性，其抗壓強(qiáng)度大約為23.5MPa。采用水壓致裂法對(duì)180石門處進(jìn)行過地的應(yīng)力檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示，其最大的水平主應(yīng)力方向在N72°E，大小為14.62MPa，垂直主應(yīng)力為9.68MPa，最小水平主應(yīng)力是7.35MPa。此外，工程技術(shù)人員同時(shí)還對(duì)C區(qū)4-2S工作面的回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷進(jìn)行了勘測(cè)實(shí)驗(yàn)工作。以回風(fēng)巷為例，其掘進(jìn)斷面為10.2m2的半圓拱形墻狀，巷道高1.2m，深350～400m，寬3.8m。

3.1.2 煤礦巷道支護(hù)方案的選擇。通過多次數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合已有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較，最終初步確定全程采用樹脂全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固組合支護(hù)來完成此次煤礦巷道錨桿支護(hù)工程。

整個(gè)支護(hù)工程中，選用長(zhǎng)為2.4m、直徑Φ22mm的左旋無縱筋螺紋鋼的錨桿材料，采用樹脂開展錨固工作，使用快速固化錨固劑對(duì)端部進(jìn)行錨固，慢速固化錨固劑對(duì)后部進(jìn)行錨固。使用鋼筋網(wǎng)（頂板）、菱形金屬網(wǎng)（幫）和W型的鋼護(hù)板對(duì)煤礦巷道的表面開展支護(hù)工作，所有的錨桿與巷道表面呈直角狀。錨桿支護(hù)過程中，相鄰錨桿的間距為900mm，400N·m的預(yù)緊力矩，頂板采用7×850mm的形式，幫采用2×600mm的形式，錨索規(guī)格為直徑Φ22mm、1×19的鋼絞線、長(zhǎng)4.3m，預(yù)緊力在200～250kN之間采用3×1.28m的形式。巷道錨桿支護(hù)工程中軟巖回采整體布局如圖1所示：

3.2 煤礦開采巷道錨桿支護(hù)井下數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

煤礦開采掘進(jìn)期間，錨桿支護(hù)工程中軟巖回采巷道表面的位移變化曲線如圖2所示。當(dāng)掘進(jìn)面達(dá)到53m后，整個(gè)回采巷道的表面位移基本上趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由圖2可知，錨桿支護(hù)的兩幫移近量是79mm，上下幫分別為46mm和33mm；頂?shù)滓平渴?81mm，頂板下沉43mm，因底板未支護(hù)原因，底臌量偏大，占整個(gè)巷道頂?shù)孜灰屏康?4.7%，為238mm。此外，整個(gè)頂板的總離層值是37mm，其淺部離層和深部離層分別為14mm和23mm。

錨桿安裝后在施加預(yù)應(yīng)力的同時(shí)，其整體受力呈現(xiàn)變小趨勢(shì)。隨著巷道挖掘工作的開展，當(dāng)距離掘進(jìn)工作面19m后，錨桿受力情況逐漸變大，距離掘進(jìn)工作面119m后錨桿受力情況逐漸變得穩(wěn)定下來。整個(gè)錨桿支護(hù)工程施工過程中，錨桿預(yù)應(yīng)力錨固的受力情況基本上趨于穩(wěn)定，波動(dòng)量很小，只有少部分錨桿受力在8～9kN之間變化，絕大多數(shù)錨桿的受力浮動(dòng)均在5kN內(nèi)。錨索安裝以及張拉完成后，整體的受力變化也不是很大。當(dāng)距離掘進(jìn)工作面21m后，錨索的受力趨于穩(wěn)定狀態(tài)。整個(gè)錨桿支護(hù)工程施工過程中，巷道的變形量以及錨桿和錨索的受力變化幅度都很小，圍巖也保持了原有的完

整性。

4 結(jié)語

綜上所述，錨桿支護(hù)作為當(dāng)前煤礦巷道支護(hù)中常用的一種技術(shù)，在保證巷道安全方面具有重要意義，可以有效克服各類巖層對(duì)巷道工程造成的影響，保證煤礦開采作業(yè)的順利開展，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，需要結(jié)合礦區(qū)的具體情況制定合理的支護(hù)措施，以達(dá)到開采的基本要求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：許峰（1985-），男，山東泰安人，天地科技股份有限公司助理工程師，研究方向：煤礦建設(shè)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）