煤巷預應力錨桿支護技術的研究應用

雷新宇

（汾西礦業(yè)集團調度指揮部， 山西 介休 032000）

錨桿支護技術的應用是隨著煤礦生產過程中，產量和產率的提升背景下所出現的，在這樣的背景下，煤礦巷道的斷面變得越來越大，這就需要采取更為有效的支護方式。錨桿支護能夠有效地提升煤礦礦道的支護效果，而且在成本方面也相對有所降低，更是能夠為煤礦工作人員提供更加安全的生產環(huán)境，這使得采煤工作能夠高效穩(wěn)定地實現煤礦生產。

1 錨桿支護技術的概述

在針對厚煤層進行開采時，一般而言需要對煤層進行充分地分析，然后沿著煤層的基層開始開采挖掘工作，采煤工作面下的運輸巷和回風巷，四周都是被煤體覆蓋，這樣的巷道被稱為全煤巷道，由于全煤巷道周圍的巖體都是由松散易破碎的煤塊所構成，因此這樣的巷道往往會在支護工作中造成較大的困難。如果采用傳統(tǒng)的棚體支護很容易產生變形，甚至對工作人員的生命安全產生威脅。即使采取其他的支護方式，利用金屬支架的方式，也不能有效地控制四周的煤體發(fā)生形變。

錨桿支護是一種全新的支護方式，是在1996 年開始學習和引進國外先進技術的基礎上，進行大規(guī)模的研究和試驗之余，形成了適應我國煤礦生產條件的一項技術。錨桿支護所采用的方式是主動支護的形式，它能夠對周圍的巖體進行及時的加固，然后對周邊的巖體強度進行強化，這樣所產生的支護效果要遠高于其他的方式。但針對后煤層下的全煤巷道時，采用錨桿支護也有較大的難度。隨著日漸成熟的全煤巷道的應用，目前錨桿支護技術已經在我國的巷道內得到了廣泛的應用，并為全煤巷道中的應用創(chuàng)造了極為有利的條件[1]。

2 煤礦巷道的結構與錨桿支護技術原理

在我國針對煤礦巷道的研究過程中，要想合理地利用支護手段對巷道進行支護，就必須要對巷道的整體圍巖變形進行思考。目前針對在巷道回采過程中所面臨的圍巖壓力產生了一種新的研究理論，這一理論被稱為最高水平主應力理論。這一理論指出，在開采過程中，兩側的巖體將會由水平應力向巷道的頂部或底部進行轉移，而垂直應力又會向水平的兩側轉移，這使得巷道開采時的應力會在水平與垂直應力的中間進行應力集中。最終表現是垂直應力會導致兩方的巖層遭到破壞，從而出現坍塌或跌落的現象，而水平應力會對頂部或底部的巖層造成一定的破壞，在支護時容易導致頂板和底板鼓起。

在煤巷開挖的過程中，由于受到應力集中的反應，很容易使煤層的應力作用變得更大，就會導致煤層在開采過程中變得更加松散易破碎。同時由于集中應力的影響，無論是頂部還是水平兩側的巖層都會降低一定的塑造性以及抵抗應力的能力。通過相關的數據模擬以及數據統(tǒng)計可以發(fā)現，在對于煤礦進行開采工作時，開采巷道的頂部會形成類似于矩形的松動區(qū)，這一破壞和松動區(qū)域會使煤層頂部有很大的下沉量。但是即便受到集中壓力的巷道兩幫，雖然在塑性區(qū)方面的深度影響較大，但是并未產生松動或破壞的現象，相對位移量也遠未達到頂部的松動量。

目前應用到煤巷開采中的錨桿支護理論，有懸吊理論、組合梁理論和加固成型拱理論。相關研究表明，僅應用普通的錨桿支護來對周邊的圍巖進行加固，很難提高圍巖的最大承載能力，但是如果加入預應力錨桿則會由于其預應力大于其他的錨桿應用。這使得即便圍巖在產生塑性破壞后，依然能夠有效地利用圍巖的殘余強度來提升承載力，避免巷道由于承載力較低而受到可塑性破壞。利用螺紋鋼錨桿來使錨桿在固定區(qū)域范圍內的巖體能夠形成組合性質的支護體，這樣的錨桿支護能夠有效地提升自己的約束力和抗剪能力。這將使得塑性破壞后的煤體還具備很強的承載能力，即便圍巖發(fā)生變形也能夠提高整個巷道的煤體承載，便能夠有效防止頂部煤體由于松動而出現脫落的現象。在針對全煤巷道進行支護時，其最為關鍵和困難的地方是針對頂部的支護和治理，如果頂部的煤層能夠穩(wěn)定地持續(xù)時，整個巷道的結構也會長期保持穩(wěn)定。錨桿支護在整個結構中所起到的作用便是利用錨固的長度來實現對周圍巖體的軸向和橫向約束，這樣便能夠阻止由于煤塊之間的變形運動而導致整個結構發(fā)生錯位變形，利用錨固結構之間的整體性，來提高頂部煤體的抗變形能力和承載能力。

在針對某些特殊的開采巷道時，例如巷道的頂板為層狀的煤體或是松散的煤體時，需要采取聯合支護的方式。利用金屬網的方式將錨桿進行連接，能夠有效地提到支護結構的整體架構能力，對頂部煤層的加固作用顯著提高。另外前文提到，在全煤巷道的頂板，容易出現由于頂煤與加固結構的離層而導致煤層下沉。這樣的錨桿頂部將不能有效地承載頂板壓力，此時要利用錨索來對頂部進行加固，錨索的深度逐漸提升能夠有效地提高錨桿結構的整體承載能力。這樣便能夠避免頂部煤層由于與頂板之間產生空隙，而導致冒落現象的發(fā)生。

3 錨桿支護技術的應用

3.1 使用范圍

錨桿支護并非應用在一切的巷道開采工作中，而是要結合具體的地質結構以及巷道類型來選擇適當的支護方式錨桿支護通常適用于準備巷道、回采工作面的順槽和開切眼、綜合開采工作面的收尾工作或者巷道的交叉點。在錨桿支護的應用過程中，我國針對這一支護技術的研究從起步開始所采取的應用策略是由易到難。在針對錨桿支護技術的研究過程中，先從頂板開始研究，最后到整個巷道的選點試驗，目前已經達到了較大范圍的技術推廣。在這一過程中，需要對施工技術人員加以培訓錨桿支護技術的應用，通過對這些數據的分析以及錨桿支護的適應性來進行不斷總結和提升，這樣便能夠使錨桿支護技術在不斷試驗的過程中實現大范圍的應用。目前錨桿支護技術已由最為普通的巷道開展，發(fā)展到綜合開采巷道以及工作面的應用中，對于開切眼、尾巷收尾和開采工作都有著較大作用的應用[2]。

3.2 錨桿支護結構簡介

由于錨桿支護結構，目前在實際應用的過程中已經面臨不同的復雜地質結構以及煤層的特殊情況要進行綜合的分析以及具體的應用。因此在實際使用的過程中，所采取的結構形式有單體錨桿支護、錨網支護、錨帶錨網錨索組合的支護方式。具體的選擇與應用要考慮到實際的地質結構和開采環(huán)境，盡可能地提高支護結構的穩(wěn)定性和承載能力。

3.3 錨桿支護的影響因素

錨桿支護結構的選擇以及應用有著諸多影響元素其中包括巷道埋深、節(jié)理裂隙間距和分層厚度、煤層厚度、直接頂厚度、煤柱厚度，這些因素都影響著錨桿支護的形式以及具體應用時的一系列參數。巷道埋深要考慮到對錨桿的密度直徑和長度的選擇，巷道埋深逐漸增加，就應當增加錨桿的密度直徑和長度，這樣才能使得錨桿的承載力滿足巷道的實際需求。節(jié)里裂隙間距和分層厚度的減少將會降低支護結構頂板的穩(wěn)定性，這樣就需要將錨桿的數量和分布范圍進行編排，增加數量減小錨桿間的距離，甚至有時會采取組合錨桿和金屬網的方式進行支護。錨桿的密度和長度也應當隨著煤層的厚度不斷增加，以提高支護結構的穩(wěn)定性。而直接頂厚度的增加，則需要反之減少錨桿的數量，增大錨桿間的距離。煤柱的寬度對錨桿的支護形式和數量有著極大的影響，當煤柱的寬度減少到具體標準時，應當增加對頂板錨桿的根數和長度，這樣便能夠有效提高錨桿支護結構的穩(wěn)定性。除此之外，在具體的錨桿支護形式以及結構的選擇和確定過程中，要通過多項理論的計算和分析，以及實際的模擬測試后進行具體數據的確定，通過多次試驗來保證錨桿支護，能夠滿足最終煤礦開采的實際需求。

4 結語

煤巷支護工作對于煤礦的生產而言有著極為重要的意義，它能夠為生產工作提供良好的環(huán)境，傳統(tǒng)的支護方式是利用棚式支護來完成巷道的支護。但是隨著科技和時代的不斷發(fā)展，這一支護方式明顯無法適應生產需求，很容易為生產和相關工作人員帶來威脅。在這樣的情況下，錨桿支護技術成為了目前生產過程中的關鍵技術之一。為此本文將探討錨桿支護技術的相關要點以及具體運用，為我國的煤礦生產發(fā)展提供幫助。