煤礦巷道錨桿支護(hù)布置技術(shù)探究

高 山

（山西三元煤業(yè)股份有限公司， 山西 長治 046013）

1 煤礦巷道錨桿支護(hù)原理及優(yōu)勢

1.1 煤礦巷道錨桿支護(hù)原理

煤礦巷道錨桿主要支護(hù)圍巖部分，以防巖石塌落導(dǎo)致煤礦坍塌問題，且其主要作用于組梁與懸吊上。在懸吊錨桿的過程中，下部分錨桿主要支撐上層巖層重力。一般而言，錨桿應(yīng)設(shè)置于頂板上部1.5～1.8 m左右，以有效減輕支撐壓力。安裝的組梁可以防止巖塊滑落，且危石在錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上會(huì)相互擠壓，從而形成更為穩(wěn)定的巖石。對(duì)此，錨桿支護(hù)形成的承載結(jié)構(gòu)會(huì)與深部圍巖相連接，在提升預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上有效保證煤礦巷道的完整性[1]。同時(shí)，錨桿與預(yù)應(yīng)力部分也會(huì)共同形成骨架結(jié)構(gòu)，從而更好地為圍巖提供支撐力量。

1.2 煤礦巷道錨桿支護(hù)優(yōu)勢

首先，錨桿具備良好的支護(hù)效果，且其支護(hù)原理與圍巖控制、巖石力學(xué)等理論相符。在安裝錨桿后，工作人員可以對(duì)內(nèi)部圍巖進(jìn)行有效加固，在提升其穩(wěn)固性的基礎(chǔ)上提升整體的承載力，從而保證巷道施工的順利進(jìn)行。其次，可以節(jié)約大量的勞動(dòng)力，相較傳統(tǒng)的架棚式支護(hù)方式，錨桿支護(hù)可以減少材料的使用數(shù)量，且巷道掘進(jìn)期間也減少了運(yùn)輸材料與人力需求，有效提高了掘進(jìn)效率。同時(shí)，在回采工作面作業(yè)時(shí)，錨桿支護(hù)也可以節(jié)省支架的回撤時(shí)間，在提升作業(yè)安全性的基礎(chǔ)上降低了工作強(qiáng)度。除此之外，錨桿支護(hù)操作簡便可行，可以更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化發(fā)展。最后，可以降低作業(yè)成本，使用錨桿支護(hù)技術(shù)可以減少材料的投入成本，且錨桿不會(huì)占據(jù)過多的巷道空間，可以有效縮短巷道截面，并降低維修成本，從而增大企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 錨桿支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試技術(shù)

在錨桿支護(hù)過程中，無論進(jìn)行何種煤礦作業(yè)，工作人員均需要完成巖壁與圍巖地址的測試工作，在測試強(qiáng)度的同時(shí)選擇合適的圍巖地點(diǎn)。整個(gè)測試過程中，工作人員需要反復(fù)勘探、測量煤巖層巖體，以有效保證施工的有序性，目前煤礦井下原巖應(yīng)力測量時(shí)最為常用的便是解除應(yīng)力方法。

2.2 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)人員應(yīng)仔細(xì)勘查煤礦開采的地理環(huán)境，在結(jié)合實(shí)際施工現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上確定錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用范圍，以有效保障巷道的安全性與穩(wěn)定性。只有確保設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，保障巷道主體結(jié)構(gòu)的完整性，才可以真正實(shí)現(xiàn)安全施工[2]。同時(shí)，施工期間應(yīng)重視合理選擇與科學(xué)搭配，而非一味堅(jiān)持使用好材料。

2.3 錨桿支護(hù)材料

錨桿支護(hù)材料直接影響著煤礦巷道內(nèi)部的安全性，對(duì)此在使用錨桿支護(hù)技術(shù)時(shí)應(yīng)有效選擇質(zhì)量上乘的材料。目前煤礦巷道施工期間使用的錨桿材料主要為圓鋼粘結(jié)式Q235錨桿，此種錨桿經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且具備較高的穩(wěn)定性，可以滿足多數(shù)煤礦巷道的環(huán)境要求。隨著當(dāng)前煤礦開采難度的不但增加，錨桿材料的研究也獲得了深入發(fā)展，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了高強(qiáng)度的錨桿材料，且材料性能如表1所示[3]。

表1 新型錨桿支護(hù)材料物理性能表

2.4 錨桿支護(hù)質(zhì)量與礦壓監(jiān)測

在監(jiān)測煤礦巷道礦壓時(shí)存在多種測量儀器，且其主要被使用于礦井表面實(shí)際位移、頂板之間隔離層以及礦井深層次位移量的測量方面。同時(shí)，礦壓監(jiān)測儀器還包括測量錨桿及配套錨索受力的一系列儀器。但在測量錨桿施工質(zhì)量，儀器便比較復(fù)雜。其中最常使用的則是錨桿拉拔計(jì)，且相關(guān)錨桿預(yù)緊力的檢測儀器也已經(jīng)開發(fā)完整。且監(jiān)測錨固質(zhì)量的聲波檢測儀也同等重要，其通過利用聲波技術(shù)有效提升了工作效率。除此之外，我國還針對(duì)巷道礦壓監(jiān)測工作研發(fā)了更為先進(jìn)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其可以有效智能化操控礦壓監(jiān)測工作，為礦壓的測量提供了更為可信的數(shù)據(jù)支持。

3 煤礦巷道錨桿支護(hù)布置技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程地質(zhì)情況

晉牛煤礦由6個(gè)礦以及空白區(qū)組成，其采用了斜井開拓的礦井，井田面積約為15 km2，生產(chǎn)能力為0.9 Mt/a，且煤礦盤區(qū)的埋深為80～200 m。此煤礦的構(gòu)造十分復(fù)雜，受礦區(qū)地質(zhì)因素的影響，煤礦地勢傾斜度為5°～12°，且礦區(qū)內(nèi)存在9條褶曲，2個(gè)陷落柱，并未發(fā)現(xiàn)巖漿侵入，也未發(fā)現(xiàn)斷層[4]。

3.2 錨桿支護(hù)原則及材料

3.2.1 錨桿支護(hù)原則

一是一次支護(hù)原則，為了確保煤礦開采的安全性，在支護(hù)錨桿時(shí)應(yīng)盡量采用一次支護(hù)處理方法，避免因多次支護(hù)影響巷道的安全性。在巖壁暴露的第一時(shí)間內(nèi)完成錨桿支護(hù)的效果最佳，且多次支護(hù)會(huì)影響煤礦開采工作的順利進(jìn)行，降低生產(chǎn)效率。且在礦井工作環(huán)境內(nèi)進(jìn)行多次支護(hù)也很容易引發(fā)安全事故問題。二是高預(yù)應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則，在錨桿支護(hù)過程中，做好與盈利的控制工作十分重要。錨桿支護(hù)可分為主動(dòng)與被動(dòng)支護(hù)，只有充分發(fā)揮高預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散作用才可以確保錨桿支護(hù)效果。三是“三高一低”原則，錨桿支護(hù)時(shí)，材料應(yīng)滿足高剛度、高強(qiáng)度、高可靠性以及低支護(hù)密度的原則。技術(shù)人員應(yīng)盡可能減少錨桿數(shù)量，真正確保錨桿支護(hù)效果，從而保證巷道掘進(jìn)速度。四是臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則，在實(shí)際錨桿支護(hù)過程中，為了有效降低施工成本，設(shè)計(jì)人員往往將錨桿支護(hù)的強(qiáng)度與剛度控制在臨界值范圍內(nèi)。但煤礦井下作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜，錨桿支護(hù)壓力很容易超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響了錨桿剛度與強(qiáng)度，對(duì)此在支護(hù)期間，工作人員還應(yīng)有效控制錨桿支護(hù)強(qiáng)度與剛度，以防其超出臨界值。工作人員應(yīng)確保錨桿配件在力學(xué)性能方面的匹配性，從而確保整個(gè)系統(tǒng)的支護(hù)強(qiáng)度。五是經(jīng)濟(jì)性原則，支護(hù)錨桿時(shí)應(yīng)在確保巷道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性的基礎(chǔ)上，有效降低支護(hù)成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.2 支護(hù)材料

一是高強(qiáng)度錨桿，使用主體部分為左旋無縱筋螺紋鋼筋；二是樹脂錨固劑，且確保其直徑為23 mm；三是拱形高強(qiáng)度托板；四是由6.5 mm鋼筋焊接而成的鋼筋網(wǎng)；五是采用16鋼筋焊接而成的鋼筋托梁。

3.3 集中回風(fēng)大巷支護(hù)方案

一是進(jìn)行頂板支護(hù)，使用長度為2.4 m的筋螺紋鋼筋錨桿。且每排布置6根錨桿，排距保持在1 000 mm。為了保證錨桿支護(hù)的便利性，設(shè)計(jì)時(shí)巷幫兩根錨桿與垂直方向的角度應(yīng)小于10°。同時(shí)，頂板錨桿利用16鋼筋焊接而成的鋼筋托梁連接，并全部垂直頂板打設(shè)錨索，確保其間距在2 000 mm，排距在1000mm。二是進(jìn)行巷幫支護(hù)，采用長度為2.4m的筋螺紋鋼筋，且每排布置4根錨桿，排距與間距均保持在1 000 mm。錨固時(shí)采用兩種不同固化速度的錨固劑組合形式，且確保錨固鉆頭直徑為30 mm，錨固長度為1 208 mm。同時(shí)，還應(yīng)嚴(yán)格控制高強(qiáng)度螺母、托板以及墊圈等錨桿支護(hù)配件的力學(xué)性能，確保其與錨桿桿體進(jìn)行配套。

4 結(jié)語

目前，我國煤礦開采深度正不斷增加，煤礦開采期間需要承受的壓力也越來越大，煤礦巷道施工期間存在的風(fēng)險(xiǎn)越來越大。為了真正保證巷道的安全性，降低風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生幾率，應(yīng)有效采用錨桿支護(hù)技術(shù)，以強(qiáng)化巷道的安全性能。