盧林

摘 要：煤礦開采業(yè)是一項(xiàng)危險(xiǎn)系數(shù)較高的行業(yè)，煤礦巷道的支護(hù)措施是否可靠不但關(guān)系到巷道本身的安生生產(chǎn)性能，而且關(guān)系至礦井下采礦人員的生命安全。良好的巷道支護(hù)措施既能提高開采效益以能保證巷道及礦井人員的人身安全。本文從錨桿支護(hù)系統(tǒng)出發(fā)，對(duì)高強(qiáng)錨桿在深部煤礦巷道的應(yīng)用進(jìn)行探析研究。

關(guān)鍵詞：錨桿 煤礦巷道 支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0047-01

我國煤礦巷道以矩形類的斷面居多，存在直角與夾角，巷道的應(yīng)力分布不均勻，受力差，此外，為了提高煤炭資源的回收利用，巷道通常采用小煤柱或無煤柱形式。而煤礦的生產(chǎn)條件主要表現(xiàn)為煤巖體強(qiáng)度低，動(dòng)壓強(qiáng)烈，層理節(jié)理發(fā)育，導(dǎo)致巖層極易離層垮落，對(duì)于深部煤礦巷道，地應(yīng)力高，沖擊地壓明顯。因此，煤礦巷道及開采條件決定了煤礦巷道結(jié)構(gòu)及其支護(hù)措施的復(fù)雜性，尤其對(duì)于深部煤礦巷道，復(fù)雜困難的巷道情況對(duì)支護(hù)技術(shù)的要求更為嚴(yán)苛。

1 高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)分析

1.1 錨桿支護(hù)理論

從錨桿對(duì)煤巖體支護(hù)作用出發(fā)，學(xué)者提出多種錨桿支護(hù)理論，傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)理論有懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論等。懸吊理論是最早開始研究的錨桿支護(hù)理論，它的的特點(diǎn)是簡單易懂并且使用方便，在松散及破碎的巖層條件下應(yīng)用及為廣泛，其缺點(diǎn)是對(duì)錨桿的抗拉作用考慮過多，對(duì)錨桿抗剪能力考慮過少，從而導(dǎo)致松散破碎巖層整體強(qiáng)度沒有得到有效的提高；組合梁理論是從層狀巖層的實(shí)際中發(fā)展出來的，該理論充分研究了錨桿與層巖的離層與滑動(dòng)作用，指出錨桿產(chǎn)生的軸向力能對(duì)巖層的離層產(chǎn)生牽拉作用，增大了各巖層離層之間的摩擦力，從而與錨桿的抗剪力一起對(duì)巖層的滑動(dòng)起到了有效的阻止；加固拱理論認(rèn)為無論是在何種煤礦巷道下，安裝錨桿可以形成一個(gè)穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，其要求是只要錨桿之間的距離足夠小，一個(gè)均勻的壓縮帶就能在巖體中產(chǎn)生，其作用是即使上部的巖層被破壞，錨桿也仍能承受來自上部破碎巖層的荷載。該理彌補(bǔ)了懸吊理論沒有考慮至支護(hù)整體強(qiáng)度提高的缺陷，相反加固拱理論對(duì)錨桿的整體支護(hù)作用進(jìn)行了充分細(xì)致的考慮和研究，因此，在目前的軟巖煤礦巷道中得到了廣泛的應(yīng)用并取得了良好的成效。

1.2 錨桿支護(hù)的適用性分析

錨桿作為深入地層的受拉構(gòu)件，它一端與工程構(gòu)筑物連接，另一端深入地層中，整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區(qū)域，其功能是對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力；錨固段是指水泥漿體及預(yù)應(yīng)力筋與土層粘結(jié)的區(qū)域，其功能是將錨固體與土層的粘結(jié)摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。而在千米深井的巷道、軟巖巷道、動(dòng)壓強(qiáng)烈巷道或矩形大斷面巷道等條件復(fù)雜的深部巷道中多采用高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿。在這些情況下使用高強(qiáng)錨桿能對(duì)圍巖的強(qiáng)烈變形起到有效的控制作用，其支護(hù)效果也往往十分顯著。本文以下主要就高強(qiáng)錨桿在深部煤礦巷道中的支護(hù)應(yīng)用展開分析。

2 高強(qiáng)錨桿在深井巷道中的支護(hù)應(yīng)用

應(yīng)用高強(qiáng)錨桿對(duì)深井巷道進(jìn)行支護(hù)，其應(yīng)用的關(guān)鍵是錨桿支護(hù)成套的技術(shù)支持。這個(gè)龐大的系統(tǒng)中包含對(duì)巷道圍巖地質(zhì)的勘測(cè)、錨桿的支護(hù)設(shè)計(jì)、支護(hù)材料的選用、施工程序、支護(hù)工程的質(zhì)量檢查以及礦壓的監(jiān)測(cè)等等。以下主要就錨桿的支護(hù)設(shè)計(jì)、支護(hù)施工程序及工程質(zhì)量檢查等方面進(jìn)行重點(diǎn)探討。

2.1 錨桿的支護(hù)設(shè)計(jì)

在千米的深部煤礦巷道里，為了解決高地應(yīng)力巷道的支護(hù)難題，一般采用錨桿與錨索支護(hù)相結(jié)合的方法。而在千米以下的深部巷道中，使用二次支護(hù)技術(shù)已經(jīng)不能有效地控制巷道圍巖的強(qiáng)烈變形時(shí)，則應(yīng)該考慮采用高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿來進(jìn)行支護(hù)。

在利用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)時(shí)，在所加固的巖體周圍會(huì)形成預(yù)應(yīng)力，只要設(shè)計(jì)好錨桿和錨索的間距，每一個(gè)錨桿所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力會(huì)相互疊加，最終在群錨的作用下產(chǎn)生巨大的預(yù)應(yīng)力。對(duì)于錨桿和錨索的支護(hù)方式設(shè)計(jì)要充分考慮巷道巖石的完整程度、巖石的硬度及其節(jié)理情況。此外，對(duì)地應(yīng)力及錨桿的使用年限及受動(dòng)壓的影響情況等也要加以綜合考慮。在深井煤礦的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)中，由于礦頂層的易碎性，在其支護(hù)設(shè)計(jì)中最常用的是錨桿與錨索配合金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)方式，錨桿與錨索的韌性相對(duì)小，抗彎強(qiáng)度不高，容易貼合頂層，但其所能承受的負(fù)荷也相對(duì)較小，因此，若深部巷道的頂層平整則?？紤]用錨桿及錨索對(duì)直接頂進(jìn)行加固處理，因?yàn)殄^桿與鋼梁所能承受的負(fù)載更大，對(duì)于偽頂通常采用錨桿進(jìn)行加固，而錨桿通過使用拉桿而產(chǎn)生的擠壓力能減小或消除下位巖層中的拉應(yīng)力，最后形成一種類似桁架的承載結(jié)構(gòu)，使頂板巖層受壓，拉桿受拉應(yīng)力。當(dāng)頂板具有較好的完整性和較大的分層厚度時(shí)，通常采用錨桿與錨索相結(jié)合的支護(hù)設(shè)計(jì)，錨索要求長度較長，能在圍巖上部形成一個(gè)防止圍巖松動(dòng)及變形的加固拱，確保巷道的穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)過數(shù)值模擬分析，深井巷道支護(hù)形式為高預(yù)應(yīng)力、加長錨固強(qiáng)力錨桿，并噴射混凝土。

2.2 高強(qiáng)錨桿支護(hù)的施工流程及其質(zhì)量檢查

高強(qiáng)錨桿的施工流程可用以下簡圖示意。

材質(zhì)檢驗(yàn)—機(jī)具率定—鉆孔—清孔—團(tuán)結(jié)灌漿（根據(jù)坍孔條件而定）—掃孔—清孔—錨桿組裝—運(yùn)輸—穿束—內(nèi)錨固段灌漿—外錨頭砼制作—張拉—鎖定—觀測(cè)（抽樣檢查孔）—封孔灌漿—封固外錨頭。

高強(qiáng)錨桿要求高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋有產(chǎn)品性能指標(biāo)，并在每批鋼筋中隨機(jī)抽查，截下鋼筋的端頭做材質(zhì)檢驗(yàn)，以判斷其性能是否達(dá)標(biāo)；其次若材料中出現(xiàn)強(qiáng)度、延伸率、彈性模量等任何一項(xiàng)達(dá)不到施工技術(shù)要求或是出現(xiàn)銹蝕、碰傷等問題時(shí)，均不能在施工中使用；施工中要注意高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋的截?cái)鄳?yīng)用砂輪切割機(jī)，嚴(yán)禁使用電氣切割等方式，此外，要檢查預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿所用的連接器，錨具、錨墊板均需檢驗(yàn)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，內(nèi)錨頭固定段水泥砂漿及外錨頭自由段水泥砂漿的標(biāo)號(hào)均要求達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。在錨桿施工質(zhì)量檢測(cè)方面，采用錨桿拉拔計(jì)、錨桿預(yù)緊力檢測(cè)器及聲波錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)器進(jìn)行錨桿施工質(zhì)量檢測(cè)。

3 結(jié)語

在深部煤礦巷道中，使用高強(qiáng)錨桿對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，其作用主要是為了防止錨固區(qū)圍巖發(fā)生滑動(dòng)或產(chǎn)生裂隙而張開，讓煤巖體處于一種完整和連續(xù)的狀態(tài)，增強(qiáng)其受力能力；在支護(hù)巷道的過程中，對(duì)支護(hù)起決定性作用地是錨桿預(yù)應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散程度。對(duì)于在深井巷道中，把握好高強(qiáng)錨桿的支護(hù)施工的工藝流程，做好質(zhì)量把關(guān)工作，則高強(qiáng)錨桿的應(yīng)用能為深部煤礦巷道的提供良好的支護(hù)。

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