不同錨桿支護(hù)參數(shù)對(duì)煤巷支護(hù)效果的影響研究

王鳳祥

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司四臺(tái)礦，山西 大同 037000）

引言

在煤礦開采中，巷道支護(hù)方式起初采用的是以支架形式的被動(dòng)支護(hù)，而現(xiàn)在采用的是以錨桿支護(hù)形式的主動(dòng)支護(hù)，作為主動(dòng)支護(hù)，錨桿支護(hù)在很大程度上提高了煤礦巷道圍巖的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，且其產(chǎn)生的應(yīng)力重分布對(duì)煤礦巷道穩(wěn)定性的影響降低，因而在維護(hù)煤礦巷道方面具有很好的支護(hù)效果。錨桿支護(hù)參數(shù)較多，若支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，不能很好地發(fā)揮出錨桿支護(hù)應(yīng)有的作用，其中錨桿長(zhǎng)度是根據(jù)錨桿的錨固機(jī)理來(lái)設(shè)計(jì)，需要在有限的長(zhǎng)度內(nèi)才能維護(hù)其穩(wěn)定性；錨桿直徑依據(jù)應(yīng)能承受最大載荷或設(shè)計(jì)錨固力值下而不發(fā)生斷裂來(lái)確定[1]。因此，本文主要研究在不同錨桿支護(hù)參數(shù)下，煤礦巷道穩(wěn)定性的變化規(guī)律，進(jìn)而確定合理的錨桿支護(hù)參數(shù)，達(dá)到巷道支護(hù)的穩(wěn)定性。

1 巷道穩(wěn)定性的影響因素

影響煤礦巷道穩(wěn)定性的因素是多方面的，一是受地質(zhì)和生產(chǎn)技術(shù)條件的影響，其中巖性是影響穩(wěn)定性的最基本因素，還有上覆巖層壓力、圍巖地應(yīng)力、工作面回采引起應(yīng)力變化和斷層構(gòu)造的影響等；二是支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的影響，如施工質(zhì)量的影響、施工工序的錯(cuò)誤、假幫（頂）后空洞和偷工減料等；三是支護(hù)設(shè)計(jì)不合理的影響，如支護(hù)參數(shù)、支護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)不合理等[2]，其中錨桿支護(hù)參數(shù)在很大程度上影響著煤礦巷道的支護(hù)效果，因此，有必要對(duì)錨桿支護(hù)參數(shù)進(jìn)行研究。

2 錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)具有懸吊作用、減跨作用、組合梁作用、拱形壓縮帶作用、楔固作用、最大水平應(yīng)力作用及錨桿桁架支護(hù)作用等機(jī)理[3]。

3 不同錨桿參數(shù)對(duì)支護(hù)效果的影響

本文以某礦為例，研究在不同錨桿長(zhǎng)度、錨桿直徑、錨桿間排距及預(yù)緊力參數(shù)下，煤礦巷道支護(hù)效果的分布規(guī)律，從而為煤礦安全及高效生產(chǎn)提供有力的理論支撐。

3.1 不同錨桿長(zhǎng)度對(duì)煤礦支護(hù)效果的影響

在錨桿直徑、排距及預(yù)緊力（大小為60 kN）一定的情況下，研究不同錨桿長(zhǎng)度參數(shù)對(duì)巷道支護(hù)效果的影響，其中錨桿長(zhǎng)度的變化值為1.6～3.0 m，得到如圖1 所示的影響結(jié)果。

從圖1 可以看出，采用錨桿支護(hù)技術(shù)對(duì)頂?shù)装濉蓭椭ёo(hù)具有很好的作用效果。隨著錨桿長(zhǎng)度的增加，煤礦巷道頂?shù)装鍑鷰r移近率呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，但當(dāng)錨桿長(zhǎng)度大于2.6 m 時(shí)，線條近似平緩，說明當(dāng)錨桿長(zhǎng)度再增加時(shí)，對(duì)煤礦巷道支護(hù)的效果已經(jīng)不明顯。

圖1 不同錨桿長(zhǎng)度對(duì)巷道支護(hù)效果的影響

3.2 不同錨桿直徑對(duì)煤礦支護(hù)效果的影響

在錨桿長(zhǎng)度、排距及預(yù)緊力（大小為60 kN）一定的情況下，研究不同錨桿直徑參數(shù)對(duì)巷道支護(hù)效果的影響，見下頁(yè)圖2。

由圖2 可知，在錨桿長(zhǎng)度一定的情況下，當(dāng)錨桿直徑較大時(shí)，對(duì)于兩幫位移量變化，呈現(xiàn)出先減小的趨勢(shì)，但當(dāng)減小至0.20 m 時(shí)，曲線接近平緩，位移量基本不發(fā)生變化；對(duì)于頂?shù)装逦灰屏孔兓?，同樣先減小，但當(dāng)減小至0.22 m 時(shí)，曲線變化也較小。對(duì)比綜合可知，隨著錨桿直徑的增加，巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷奈灰屏慷荚跍p小，當(dāng)再增加錨桿直徑時(shí)，對(duì)煤礦巷道支護(hù)的效果已不明顯，其變化規(guī)律基本同于不同錨桿長(zhǎng)度參數(shù)下的研究結(jié)果。

圖2 不同錨桿直徑對(duì)巷道支護(hù)效果的影響

3.3 不同錨桿間排距對(duì)煤礦支護(hù)效果的影響

在錨桿長(zhǎng)度、直徑及預(yù)緊力（大小為60 kN）一定的情況下，研究不同錨桿間排距參數(shù)對(duì)巷道支護(hù)效果的影響，見圖3。

圖3 不同錨桿間排距對(duì)巷道支護(hù)效果的影響

錨桿間排距的增大，會(huì)增加巷道的移近量。由圖3 可知，當(dāng)錨桿的初始排距為0.65 m 時(shí)，開始逐步增大，當(dāng)錨桿排距增加為1 m 時(shí)，頂?shù)装搴蛢蓭臀灰屏吭黾恿思s原來(lái)的一半左右，此時(shí)巷道支護(hù)效果在很大程度上出現(xiàn)減弱現(xiàn)象。由此可見，錨桿間排距從1.0 m 減小到0.65 m 時(shí)，巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷募羟衅茐膮^(qū)域顯著減小，屈服、拉伸破壞區(qū)域全部消失，對(duì)巷道的支護(hù)效果好?？删C合得出，錨桿間排距的減小能夠有效控制巷道圍巖的破壞情況。

3.4 不同錨桿預(yù)緊力對(duì)煤礦支護(hù)效果的影響

在錨桿長(zhǎng)度、直徑及排距一定的情況下，研究不同錨桿預(yù)緊力參數(shù)對(duì)巷道支護(hù)效果的影響，見圖4。

圖4 不同錨桿預(yù)緊力對(duì)巷道支護(hù)效果的影響

由圖4 可知，隨著錨桿預(yù)緊力的增大，巷道圍巖的位移量在減小，因此，選擇合理的預(yù)緊力，可有效控制巷道圍巖不發(fā)生明顯的滑動(dòng)和離層。綜合可得出，高預(yù)緊力可有效提高錨桿尾應(yīng)力的集中程度，在很大范圍內(nèi)有效提高壓應(yīng)力，可有效支護(hù)煤礦巷道。

4 結(jié)論

1）隨著錨桿長(zhǎng)度的增加，煤礦巷道頂?shù)装鍑鷰r移近率呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，但當(dāng)錨桿長(zhǎng)度增加至一定值后，再增加時(shí)，對(duì)煤礦巷道支護(hù)的效果已經(jīng)不明顯；

2）隨著錨桿直徑的增大，巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷奈灰屏慷荚跍p小，當(dāng)再增加錨桿直徑一定值時(shí)，對(duì)煤礦巷道支護(hù)的效果已不明顯；

3）隨著錨桿間排距的減小，巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷募羟衅茐膮^(qū)域會(huì)減小，對(duì)巷道的支護(hù)效果顯著；

4）隨著錨桿預(yù)緊力的增大，可有效提高錨桿尾應(yīng)力的集中程度，大范圍提高支護(hù)壓應(yīng)力，支護(hù)效果好。