預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)技術(shù)探討

李渝

摘 要：工作面巷道支護(hù)效果直接決定綜采工作面生產(chǎn)和作業(yè)人員的安全性。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于煤炭開采導(dǎo)致工作面頂板的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，進(jìn)而出現(xiàn)巷道頂板坍塌、兩幫出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象，在制約工作面生產(chǎn)效率的同時(shí)嚴(yán)重威脅到作業(yè)人員的人身安全。錨桿支護(hù)在具體應(yīng)用期間會(huì)受到水文、地質(zhì)、安裝等各項(xiàng)因素影響，這會(huì)導(dǎo)致默錨桿支護(hù)會(huì)出現(xiàn)失效情況，會(huì)引起片幫、冒頂?shù)葐栴}。因此，要采取合理防范措施，避免錨桿支護(hù)出現(xiàn)失效情況。

關(guān)鍵詞：錨桿;預(yù)應(yīng)力;錨固技術(shù);支護(hù)形式

0 引言

巷道支護(hù)質(zhì)量直接決定工作面巷道生產(chǎn)的安全性。目前，工作面最普遍的支護(hù)方式為錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)方式，而錨桿支護(hù)處于被動(dòng)狀態(tài)，表現(xiàn)為錨桿的長(zhǎng)度短、直徑小、支護(hù)強(qiáng)度小的問題。實(shí)際生產(chǎn)中，為了增加巷道的支護(hù)效果通過增加錨桿密度，此舉在一定程度上增加了巷道支護(hù)的成本。為此，提出將預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)用于巷道的支護(hù)中的方案。

1 預(yù)應(yīng)力錨桿作用機(jī)理研究

綜采工作面的采掘打破了工作面圍巖原先的平衡狀態(tài)，使得巷道的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從平衡的三向應(yīng)力變?yōu)殡p向應(yīng)力或單向應(yīng)力，從而使得工作面巷道承受圍巖載荷的能力變小。故，為保證工作面的安全生產(chǎn)，需對(duì)其進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)踐表明，目前應(yīng)用于工作面支護(hù)錨桿的間距一般在0.7～1m之間，而且當(dāng)巷道發(fā)生離層現(xiàn)象時(shí)，錨桿所分擔(dān)的力很小。因此，為提升錨桿支護(hù)的可靠性在錨桿上施加一定的力以提高錨桿支護(hù)的效果。預(yù)應(yīng)力錨桿提升巷道支護(hù)質(zhì)量的作用機(jī)理主要體現(xiàn)如下：①預(yù)應(yīng)力錨桿能夠及時(shí)向巷道圍巖表面提供足夠的支護(hù)抗力，進(jìn)而限制巷道圍巖的變形;②基于預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)在巷道頂?shù)装逡约皟蓭捅砻嫘纬山M合梁合或者組合拱以達(dá)到加固巷道圍巖的目的;③基于預(yù)應(yīng)力錨桿能夠達(dá)到改善巷道圍巖力學(xué)參數(shù)、改善圍巖體的受力狀態(tài)和應(yīng)力場(chǎng)的目的;④預(yù)應(yīng)力錨桿將圍巖與錨桿形成一個(gè)整體的承載結(jié)構(gòu)，降低巷道圍巖和錨桿失效的概率。

2 錨桿支護(hù)在應(yīng)用期間失效主要原因

2.1 未嚴(yán)格依據(jù)具體情況，對(duì)采用的錨桿進(jìn)行選擇，對(duì)錨桿的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)

若設(shè)計(jì)的錨桿的強(qiáng)度較低時(shí)，支護(hù)體系，以及相應(yīng)的圍巖都無法形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，這會(huì)導(dǎo)致巷道發(fā)生變形情況無法得到控制，這會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)作業(yè)造成較大影響。若過于注重錨桿安全性，盲目的提高安全系數(shù)，這樣最終建設(shè)的錨桿雖然在應(yīng)用過程中不會(huì)出現(xiàn)安全問題，這會(huì)提高支護(hù)成本，降低經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 錨固無法達(dá)到期望效果

如果覆巖層存在大量結(jié)構(gòu)弱面，會(huì)導(dǎo)致頂板上端圍巖部分出現(xiàn)損傷情況，這會(huì)使錨固力隨著時(shí)間推移不斷降低，最終會(huì)導(dǎo)致錨固失去原有效果，會(huì)發(fā)生大區(qū)域冒頂情況。

2.3 粘結(jié)失去效果

錨桿可以通過對(duì)錨固劑和圍巖進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而形成以一個(gè)合理的整體，若錨桿桿體與粘結(jié)材料間出現(xiàn)了的滑移錯(cuò)位問題，這會(huì)導(dǎo)致圍巖無法得到合理加固，這會(huì)使粘結(jié)遭受破壞。采用錨桿的錨固力大小主要受錨桿與粘結(jié)材料兩者間粘錨力影響，不同類型圍巖與不同類型的錨桿間的錨固大小也會(huì)存在一定差異，可見，在設(shè)計(jì)巷道支護(hù)中各項(xiàng)參數(shù)時(shí)，要充分考慮圍巖力學(xué)性質(zhì)，在全面分析基礎(chǔ)上，最終選擇一種有效的錨桿，提升和控制錨固力，進(jìn)而使支護(hù)水平能夠得到進(jìn)一步提升，滿足應(yīng)用需求。

3 預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)技術(shù)

某煤礦12207工作面可開采煤層為2號(hào)煤層，煤層平均厚度為8.78m，煤層平均普式硬度為1.8。經(jīng)探測(cè)，該工作面煤層屬于穩(wěn)定煤層，且煤層的厚度變化較小。

3.1 頂板支護(hù)參數(shù)

頂板支護(hù)所采用無縱筋螺紋鋼筋錨桿直徑為22mm，錨桿長(zhǎng)度為2400mm，錨桿間排距為850mm，錨桿間距為900mm，工作面頂板每排錨桿的數(shù)量為5根。頂板錨桿采用錨固劑對(duì)錨固進(jìn)行加長(zhǎng)，其中所采用錨固劑的類型為K2335和Z2360。經(jīng)錨固劑加長(zhǎng)處理后錨固的長(zhǎng)度為1654mm。為保證錨桿支護(hù)的效果，為其施加400Nm的預(yù)緊扭矩。而且，頂板錨桿的與錨桿相匹配的錨索的直徑為17.8mm，錨索長(zhǎng)度為7300mm，錨索的間排距為1800mm，同樣采用樹脂卷對(duì)錨索錨固進(jìn)行加長(zhǎng)處理，所采用錨固劑的類型分別為K2335和Z2360，經(jīng)錨固加長(zhǎng)處理后錨固的長(zhǎng)度為1860mm，為錨索所施加預(yù)緊力的大小為180kN。此外，針對(duì)頂板支護(hù)為其增加W鋼帶和菱形金屬網(wǎng)的支護(hù)方式。

3.2 合理設(shè)計(jì)錨桿

錨桿支護(hù)是一項(xiàng)對(duì)技術(shù)要求很高的作業(yè)，從以往的情況來看，錨桿支護(hù)都依據(jù)過去的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)開展，而井下作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜，因此，難以進(jìn)行有效控制，這也就導(dǎo)致檢測(cè)錨桿時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不合理情況。針對(duì)上述可能存在的各項(xiàng)問題，在實(shí)際作業(yè)期間，不僅要增加技術(shù)人員和錨桿支護(hù)技術(shù)投入，而且還要做好以下幾項(xiàng)工作 ：積極與具有資質(zhì)的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，對(duì)礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。對(duì)以往錨桿支護(hù)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以及總結(jié)，獲取到圍巖參數(shù)制定的合理設(shè)計(jì)方案，并且確保工程的最終質(zhì)量能夠滿足應(yīng)用需求。加強(qiáng)對(duì)礦壓情況的監(jiān)測(cè)，煤礦單位要指定專業(yè)技術(shù)人員，通過對(duì)頂板離層儀進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)所在區(qū)域的頂?shù)?、受壓情況、偏移量等各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，要及時(shí)將各項(xiàng)數(shù)據(jù)都傳達(dá)給設(shè)計(jì)人員。設(shè)計(jì)人員要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲取到各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析，通過分析，最終得到正確支護(hù)參數(shù)，確保最終的設(shè)計(jì)方案具有（下轉(zhuǎn)第90頁）（上接第87頁）較強(qiáng)的實(shí)用性，以及較高的技術(shù)水平。

3.3 樹脂錨桿規(guī)格對(duì)錨桿錨固力的影響

樹脂錨桿工作的阻力不僅與錨固段的錨固力有關(guān)，還與樹脂錨桿自身的強(qiáng)度有著密切的關(guān)系。樹脂錨桿在施工的過程中可以獲取非常大的阻力，并且阻力會(huì)隨著樹脂錨桿的規(guī)格而產(chǎn)生變化，規(guī)格φ28mm的高強(qiáng)度樹脂錨桿比φ16mm的普遍樹脂錨桿的錨固力大1.4倍左右。雖然在直徑為32mm鉆孔中使用規(guī)格為φ28mm高強(qiáng)度樹脂錨桿與規(guī)格為φ16mm普通樹脂錨桿時(shí)，直徑為100mm的高強(qiáng)樹脂錨桿的錨固力約為80kN，而采用28mm規(guī)格的高強(qiáng)樹脂錨桿所獲得的施工阻力比28mm規(guī)格的高強(qiáng)樹脂錨桿高出約40kN。

3.4 做好地質(zhì)工作

煤礦企業(yè)要成立地質(zhì)勘探部門，指派專業(yè)能力過硬的技術(shù)人員負(fù)責(zé)地質(zhì)工作，其要對(duì)礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)的具體變化情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，并且要依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)礦井區(qū)域的地質(zhì)變化分布圖等各項(xiàng)地質(zhì)資料內(nèi)容進(jìn)行全面編制;地質(zhì)勘測(cè)部門要對(duì)這些料內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用，全面結(jié)合巷道頂部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及工作面設(shè)計(jì)過程中的各項(xiàng)資料，綜合分析巷道情況，將地質(zhì)基礎(chǔ)資料信息及時(shí)傳遞給技術(shù)部門和施工單位;生產(chǎn)技術(shù)部門在得到各項(xiàng)資料后，對(duì)資料進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果，制定相應(yīng)的措施，對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行全面調(diào)整，具有針對(duì)性的進(jìn)行支護(hù)信號(hào)選擇，確保最終支護(hù)的合理性與有效性。

4 結(jié)束語

我國(guó)礦井技術(shù)得到了飛速發(fā)展，這為巷道錨桿支護(hù)的應(yīng)用發(fā)展提供了良好的發(fā)展空間。在錨桿支護(hù)期間，為了確保錨桿支護(hù)在應(yīng)用期間的有效性，要從提高技術(shù)保障、加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理工作、加強(qiáng)日常監(jiān)管幾個(gè)方面入手，做好相應(yīng)分析工作。高強(qiáng)度樹脂錨桿比普通樹脂錨桿支護(hù)巷道，巷道片幫后期回采期間對(duì)巷道成型控制效果較好。

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