深部沖擊地壓巷道錨桿支護(hù)作用研究與實(shí)踐

梁雪飛

摘? 要：近幾年來，隨著我國煤炭開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，開采深度的持續(xù)增加，沖擊地壓已經(jīng)成為影響礦井安全的主要因素之一?；诖耍疚恼轮饕槍?duì)深部沖擊地壓巷道錨桿支護(hù)作用展開了充分的研究與實(shí)踐，以便進(jìn)一步降低煤礦開采過程中深部巷道沖擊的危險(xiǎn)性。

關(guān)鍵詞：深部巷道;沖擊地壓;錨桿支護(hù);作用;實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TD324? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.035

現(xiàn)階段，沖擊地壓不僅是多數(shù)煤礦企業(yè)在持續(xù)發(fā)展過程中所面臨的問題之一，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響到煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)與健康發(fā)展。特別是井工礦未被開采之前，巷道的圍巖均處于平衡狀態(tài)，但當(dāng)開采作業(yè)達(dá)到一定的深度與強(qiáng)度時(shí)，圍巖的平衡狀態(tài)就會(huì)被破壞，嚴(yán)重的情況下還會(huì)出現(xiàn)變形、斷裂與垮落等多種現(xiàn)象，甚至還會(huì)引發(fā)瓦斯突出等嚴(yán)重事故災(zāi)害。為此，對(duì)現(xiàn)有的巷道支護(hù)方法進(jìn)行優(yōu)化，合理設(shè)置參數(shù)是十分有必要的。

一、影響沖擊地壓的主要因素

1.工作面回采深度

當(dāng)煤礦開采的深度達(dá)到400m時(shí)，就極易發(fā)生沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，隨著煤礦開采深度的不斷增加，沖擊地壓的危險(xiǎn)性系數(shù)就會(huì)隨之呈現(xiàn)出上升趨勢。特別是當(dāng)?shù)V井開采深度達(dá)到600m～800m之間時(shí)，沖擊地壓的發(fā)生率就明顯增加。

2.工作面殘留煤柱

在工作面回采的過程中，殘留煤柱的四周就會(huì)逐步形成孤島工作面，并且會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力高度集中現(xiàn)象。在這種情況下，若要對(duì)鄰近工作面進(jìn)行開采，孤島工作面的高集中應(yīng)力就會(huì)受到一定程度上的干擾，干擾強(qiáng)烈時(shí)就極易發(fā)生沖擊地壓事故。

3.回采工作面頂板特性

隨著工作面開采活動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行，彈性勢能就會(huì)在工作面堅(jiān)硬頂板上部集聚?；诖?，一旦堅(jiān)硬頂板的懸頂長度超出巖體極限跨距，頂板就會(huì)出現(xiàn)周期來壓的情況，此時(shí)積聚在堅(jiān)硬頂板中的彈性勢能就會(huì)被突然的釋放出來，進(jìn)而形成沖擊地壓。

二、深部沖擊地壓巷道錨桿支護(hù)作用研究

1.錨桿支護(hù)深部沖擊地壓巷道原理

在具體的開采活動(dòng)當(dāng)中，巷道因受到深部沖擊地壓的影響，其周邊煤巖體的弱結(jié)構(gòu)面就會(huì)被破壞，甚至是發(fā)生垮落現(xiàn)象。在這種情況下，利用錨桿支護(hù)不僅可以有效避免巷道周圍圍巖在地沖壓力的強(qiáng)烈干擾后回轉(zhuǎn)失穩(wěn)定，同時(shí)也能夠防止其發(fā)生滑落失穩(wěn)的情況。這主要是因?yàn)殄^桿桿體是一個(gè)良好的承力構(gòu)件[1]，具有一定的完整性，因此在桿體受到拉力與剪力作用的雙重作用時(shí)，可以有效削弱沖擊地壓的干擾。

另外，在巖體內(nèi)置入錨桿桿體，再使用螺母施加扭矩，就可以讓拖板裝置更加的貼合巷道表面。同時(shí)，利用托板裝置與螺母還可以確保錨桿達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的預(yù)緊力，并隨著托板與巷道表面的緊密貼合來進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)散。當(dāng)錨桿桿體被螺母與托板裝置固定好后，不僅可以防止巷道圍巖體離層，同時(shí)也能夠讓圍巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面與裂隙更好的壓緊閉合[2]。在此基礎(chǔ)上，鋼帶與托板的連接，還可以進(jìn)一步強(qiáng)化錨桿支護(hù)的整體性，擴(kuò)大托板裝置的面積，進(jìn)而進(jìn)一步提升錨桿的支護(hù)能力。最后，要想有效防止頂板圍巖與巷幫發(fā)生垮落現(xiàn)象，就要將金屬網(wǎng)鋪設(shè)在巷道表面，以此來進(jìn)一步增強(qiáng)巷道表面的穩(wěn)定性。

2.基于損傷模型的錨固體沖擊危險(xiǎn)性分析

由錨桿體與煤體共用組成的錨固體，其極限抗拉強(qiáng)度可以得到最大程度上的提高，同時(shí)其抗沖擊地壓破壞的能力也會(huì)明顯增強(qiáng)，進(jìn)而有效控制煤巖體內(nèi)的弱結(jié)構(gòu)面[3]。在這種情況下，由錨桿與煤巖體共同構(gòu)成的系統(tǒng)極限抗拉強(qiáng)度則為：A2μξE2ε/A1。其中，A1與A2分別錨桿支護(hù)的煤體面積與錨桿斷面的橫截面積，μ表示泊松比，ε表示煤體在沖擊地壓擾動(dòng)情況所發(fā)生的縱向變形，E2則表示錨桿體的彈性模量。由此可知，錨桿的橫截面積與彈性模量越大，錨桿的極限抗拉強(qiáng)度就越大。因此，在現(xiàn)場試驗(yàn)中，大多情況下都會(huì)選擇大斷面錨桿，以此來增加錨桿的抵抗力，更加準(zhǔn)確的分析錨固體沖擊的危險(xiǎn)性[4]。

三、錨桿支護(hù)參數(shù)及效果監(jiān)測

1.錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

要想大大提升巷道的穩(wěn)定性與安全性，煤礦企業(yè)就要對(duì)當(dāng)前所選用的巷道支護(hù)方式以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理的優(yōu)化與設(shè)計(jì)。其中，巷道支護(hù)參數(shù)通過優(yōu)化后，具體情況如下：（1）巷道頂板要選擇24號(hào)左旋無縱筋鋼筋，錨桿之間的排距為900mm×900mm，錨桿錨固力設(shè)置為160kN，預(yù)緊力要≧160N·m。頂板錨索要選擇直徑為22mm的（使用1×21股冷軋鋼絞線編制而成）錨索，其長度為6300mm，錨索之間的排距為2700mm×1800mm，錨索預(yù)緊力要≧245kN。巷幫要選用錨桿22號(hào)左旋無縱筋鋼筋，其長度為2.4m，錨桿之間的排距為900mm×900mm，預(yù)緊力≧300N·m，錨桿錨固力設(shè)置為160kN，底角的錨桿要向下呈25°施工[5]。巷幫錨索要選擇由1×19股冷軋鋼絞線編制而成的錨索，長度為4300mm，排距設(shè)置為1800mm，錨索預(yù)緊力≧210kN。

2.現(xiàn)場支護(hù)效果監(jiān)測

對(duì)錨桿支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，要對(duì)巷道變形量與礦壓進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，該工程巷道兩幫移近速度為15mm/d，而底鼓速度與頂板下沉速度分別為5mm/d、3mm/d。同時(shí)，據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，巷道頂?shù)装迮c兩幫的最大移近量分別為500mm、420mm。其中，錨桿初期的受力相對(duì)較大，但隨著開采作業(yè)的不斷進(jìn)行，錨桿的受力也越來越平穩(wěn)，最大受力為180kN，錨索受力的波動(dòng)范圍則在170kN～390kN之間。

四、結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前背景下，煤礦企業(yè)要想早日實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展目標(biāo)，就要充分認(rèn)識(shí)到深部巷道沖擊地壓的危險(xiǎn)性，并要在此基礎(chǔ)上對(duì)影響沖擊地壓的相關(guān)因素進(jìn)行全面的分析，科學(xué)設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)，以此來明顯減少?zèng)_擊地壓對(duì)巷道所造成的不良影響，大大提升深部巷道的穩(wěn)定性與安全性，推動(dòng)我國煤礦企業(yè)的高效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王濤，漆寒冬，張德飛，等.考慮應(yīng)變軟化的超千米深井巷道錨桿支護(hù)機(jī)理研究[J].煤炭技術(shù)，2020，39（7）：18-20.

[3]張紅武.錨桿配錨索交替支護(hù)技術(shù)在深部巷道支護(hù)中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場，2020，27（7）：119-120.

[4]張帥義.基于錨桿強(qiáng)度深度優(yōu)化的大斷面巷道支護(hù)技術(shù)[J].當(dāng)代化工研究，2020，（12）：104-105.

[5]袁兵.錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦掘進(jìn)巷道中的應(yīng)用探討[J].百科論壇電子雜志，2020，（14）：1295.

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