掘進工作面支護技術分析及應用研究

張 涵

（潞安化工集團漳村煤礦，山西 長治 046000）

1 支護技術簡介

在煤礦采集過程中，需根據原巖石的應力來判斷巷道的穩(wěn)定性，根據開采難度的不同，需要的支護措施也不盡相同。當獲得一個地點的地質學參數后，經過現(xiàn)場充分調研和分析，選擇合適的支護技術，防止礦井井道的坍塌，現(xiàn)在在實際應用中應用最多的就是錨桿支護。

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，錨桿支護的材料和構件是其主要的因素，構成其穩(wěn)定性的先決條件，錨桿桿體的附件、組合結構、及其護網的都應該相互配合，符合力學特，通常選用圓鋼樹脂作為錨桿桿體。利用錨桿在巖土中的抗拔力來穩(wěn)定結構，單靠自重來抵抗水平力起不到的作用。錨桿就是利用杠桿原理，從而明顯地改善了承壓拱應力狀態(tài)，使圍巖狀態(tài)由單軸、雙軸變?yōu)槿S受壓。這樣在圍巖中形成一個均勻壓縮的連續(xù)承區(qū)，從而大大提高組合拱的承載能力。

根據不同的巖層性質選擇不同的打孔方式，巖層堅硬時，甚至可以使用鑿巖機鉆孔。在打孔的過程中，位置選擇非常重要，孔道的直徑與實際設計直徑不能有大的偏差，應控制在1 mm，以保障錨桿的頭部桿體要緊密的與巖石結合在一起，確保其穩(wěn)定性，鉆孔的角度與設計角度也不能出現(xiàn)偏差，防止整個錨桿發(fā)生傾斜，并對其尾部進行螺母固定，通過錨桿固定，確保整個巖石帶的穩(wěn)定，為煤礦的開采創(chuàng)造安全有力條件。

錨桿的構件主要有由桿體、墊板、螺母、錨固劑以及金屬網構成。其結構示意圖如圖1[1-2]。

2 錨桿支護設計

2.1 錨桿支護機理

圖1 錨桿的結構原理

錨桿支護的作用主要包括懸吊作用、擠壓加固拱作用以及組合梁結構并進行支護作用。通過錨桿改變圍巖的力學狀態(tài)，在巷道周圍形成穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達到維護巷道穩(wěn)定的目的。錨桿支護用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿柱，打入地表巖體或硐室周圍巖體預先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構造和尾部托板，或依賴于黏結作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結合在一起而產生懸吊效果、組合梁效果、補強效果，以達到支護的目的，如圖2。

圖2 錨桿支護機理

2.2 錨桿支護方案設計

1）根據煤層的地質調節(jié)，制定合理的支護方案，確定各項錨桿參數包括長度、直徑、間距以及角度等。比較常見的有巷頂錨桿布置為錨桿按梅花型排列；中間排錨桿布置在巷頂中心線上，兩邊錨桿距巷頂輪廓線200～300 mm，錨桿間距一般為0.5～1.2 m；錨桿角度為中間排錨桿與水平面角度成90°夾角，兩邊錨桿與水平面成70°夾角。中間排錨桿距磧頭距不大于1.0 m，兩邊錨桿距磧頭距不大于2.0 m；巷幫錨桿布置為錨桿按“丁”字形排列；錨桿間距一般不大于1.2 m。

2）選用不同材質、型號的錨桿，因為需要的支護力度不同，巖質等原因，選擇合適的質量的錨桿。

3）選擇錨固劑，施工前要進行拉力測試，以保障選擇合理的錨桿固定劑，同時新材料、新技術的應用，也可以減少成本，加大保護力度，使安全性更可以得到保障。

3 錨桿支護施工工藝

3.1 錨桿支護過程

在進行錨桿支護時，要明確任務流程，確定順序。首先應確定分層、分段開挖，隨時支護，在完成第一步的工作前，不得進行下一層土的開挖。當用機械進行開挖時。在施工過程中要嚴防塌陷，可以通過對修整后的邊壁立即噴上一層混凝土，凝固后再進行鉆孔；也可以安裝鋼筋網片噴射混凝土面層后，進行鉆孔設置土釘。鉆孔時要保證上下左右及角度，防止參差不齊。其次也要注意深度，防止孔深不夠。注漿管在使用前應檢查有無破裂和堵塞，注漿前要用水引路、潤濕輸漿管道；灌漿后要及時清洗輸漿管道、灌漿設備。然后再噴射混凝土，初次緊固時，要等待時間達標，施工完成后，要再次進行緊固，防止錨桿固定不力。最后要做好成品保護，完成整個錨桿安裝。具體流程如圖3[3-4]。

3.2 錨桿支護施工注意事項

首先錨桿支護必須嚴格按規(guī)程流程施工。其次鉆孔前打必須敲幫問頂，嚴禁空頂作業(yè)。再次將鉆完后應將眼內的巖粉和積水吹（掏）干凈，必須按照規(guī)定角度打眼。最后整個過程中必須佩戴防護手套，避免直接皮膚接觸，同時及時處理破損的藥包，嚴禁接觸明火等。

圖3 錨桿支護施工流程

4 錨桿支護安全監(jiān)測

在完成支護后，需要對整個支護過程、施工過程進行安全監(jiān)測，主要從材料、設備、流程、施工、人員培訓等幾個方面進行質量控制[5-6]。常用的安全監(jiān)測技術有：表面位移離層儀、錨桿測力計、多點位移計等，通過判斷錨桿的受力，檢測頂板壓力以及位移狀態(tài)，判斷有無異常，控制報警器發(fā)出警報，預防事故的發(fā)生。