文杰（晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西長治　046605）

對當(dāng)前煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的探討

文杰
（晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西長治046605）

摘要：近年來，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)得以快速的創(chuàng)新及發(fā)展。錨桿支護(hù)不僅具有懸吊的作用，甚至還能夠利用預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散以及預(yù)緊力的高強(qiáng)度施加，與圍巖共同構(gòu)成支護(hù)體，繼而將圍巖自身能承受的能力予以充分的調(diào)動。鑒于此，詳細(xì)論述了錨桿支護(hù)的本質(zhì)含義和基本作用機(jī)理，并闡述了設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)的方法及相關(guān)的應(yīng)用軟件。

關(guān)鍵詞：煤礦；錨桿支護(hù)；基本原理

通常而言，煤礦生產(chǎn)中的巷道支護(hù)基本上已經(jīng)歷經(jīng)了由棚式支護(hù)逐漸發(fā)展為錨桿支護(hù)的一個(gè)過程，錨桿支護(hù)有著非常明顯的優(yōu)點(diǎn)，從總體上來看主要涉及以下幾方面：對實(shí)際的作業(yè)環(huán)境予以顯著改善，大大降低作業(yè)成本，減輕工人的勞動強(qiáng)度，更好地保證生產(chǎn)的安全性，促使支護(hù)效果得到大幅度提高，從而快速推進(jìn)采煤相關(guān)工作的順利展開。

1　分析錨桿支護(hù)的本質(zhì)含義

錨桿支護(hù)所包含的本質(zhì)指的主要是利用錨桿來對巷道淺層進(jìn)行一定的加固，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)的形成。該本質(zhì)主要涉及三方面的含義，具體表現(xiàn)如下。

其一，在整個(gè)服務(wù)期間，錨桿進(jìn)行加固的結(jié)構(gòu)需要始終保持充分的完整性，應(yīng)該嚴(yán)格避免出現(xiàn)局部的泄漏或者大面積的網(wǎng)兜等現(xiàn)象。

其二，在支護(hù)中形成的承載結(jié)構(gòu)應(yīng)該有符合相關(guān)要求的承載力，這應(yīng)該通過承載結(jié)構(gòu)內(nèi)壓應(yīng)力的實(shí)際大小、承載結(jié)構(gòu)的不同厚度以及預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散有效面積來最終實(shí)現(xiàn)[1]。例如，留巷的巷道應(yīng)該具有相對比較大的承載能力，動壓的巷道相對留巷來講需要的承載能力比較小，而靜壓的巷道是最小的。

其三，承載結(jié)構(gòu)應(yīng)該有著能夠適當(dāng)讓壓的內(nèi)部煤層體，有著猶如一堵堅(jiān)固的墻的支護(hù)承載結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生煤巖體的深部來壓時(shí)，支護(hù)承載結(jié)構(gòu)能夠適當(dāng)?shù)叵蛲馔瞥稣w的承載結(jié)構(gòu)。然而，承載結(jié)構(gòu)具有的完整性應(yīng)該保持，不能被破壞，否則會導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的失效，進(jìn)而引發(fā)冒頂片幫方面的事故。所以，錨桿在動壓比較強(qiáng)烈的巷道當(dāng)中切勿有過長的錨桿，不然會導(dǎo)致錨桿的斷裂。

2　分析錨桿支護(hù)的作用機(jī)理

比較傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)相關(guān)理論主要包括加固拱、組合梁和懸吊等，在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中應(yīng)該起到積極的促進(jìn)作用，但是難以避免的存在諸多的局限性。根據(jù)復(fù)雜的圍巖情況，應(yīng)該將強(qiáng)力錨桿支護(hù)的相關(guān)理論提出，要點(diǎn)主要包括以下方面。

（1）錨桿支護(hù)的作用主要表現(xiàn)在對錨固區(qū)的圍巖的裂隙張開、離層、產(chǎn)生新裂紋以及滑動等破壞和變形的控制，使圍巖的受壓狀態(tài)得以最大限度的保持，從根本上避免圍巖拉伸、變形彎曲以及剪切破壞的產(chǎn)生，加強(qiáng)圍巖的完整性，提高圍巖的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

（2）應(yīng)該在錨固區(qū)之內(nèi)形成比較大剛度的次生的錨桿承載結(jié)構(gòu)，抑制外巖層的離層，對深部的應(yīng)力狀態(tài)予以有效改善。

（3）預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散對支護(hù)有著非常重要的效果，錨桿的單根預(yù)應(yīng)力有著非常有限的作用范圍，應(yīng)該將預(yù)應(yīng)力利用鋼帶、金屬網(wǎng)以及托板等各種構(gòu)件進(jìn)行更遠(yuǎn)擴(kuò)散。

（4）支護(hù)系統(tǒng)具有的剛度是非常重要的，尤其是預(yù)應(yīng)力。在支護(hù)設(shè)計(jì)的過程中，按照圍巖的實(shí)際條件進(jìn)行是極其關(guān)鍵的，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力會直接關(guān)系到錨桿的強(qiáng)度。

（5）在較復(fù)雜的巷道中，應(yīng)該運(yùn)用運(yùn)用強(qiáng)力錨桿組合以及高預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)，還應(yīng)該保持支護(hù)系統(tǒng)具有的延伸性。

錨桿所具有的作用主要能夠表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是連接深部圍巖與次生的承載結(jié)構(gòu)，對承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性加以提高；另一方面是對錨桿施加相對較大的預(yù)緊力，對巖層當(dāng)中的節(jié)理裂隙以及層理等不連續(xù)的層面進(jìn)行壓密以及擠緊，增強(qiáng)各個(gè)不連續(xù)面間具有的抗剪能力，對整體圍巖的強(qiáng)度進(jìn)行有效地提高。此外，應(yīng)該盡可能實(shí)現(xiàn)一次性支護(hù)錨桿，防止圍巖的破壞以及變形，盡量防止第二次支護(hù)與維修巷道[2]。

3　分析錨桿支護(hù)的相關(guān)原則

錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)主要針對的是運(yùn)用錨桿臺車支護(hù)以及掘機(jī)掘進(jìn)的支護(hù)設(shè)計(jì)的巷道，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該遵循的支護(hù)原則主要包含下述幾點(diǎn)。

（1）可操作性的原則。目前，錨桿支護(hù)的相關(guān)工藝運(yùn)用的是比較成熟的礦上操作工藝，盡可能將目前支護(hù)的工藝進(jìn)行最少的改變，有效保證實(shí)際施工的快速、安全。

（2）強(qiáng)力一次支護(hù)的原則。通常來講，巷道的支護(hù)運(yùn)用的基本是強(qiáng)力一次支護(hù)以及高預(yù)緊力的技術(shù)，一次支護(hù)能夠保證對圍巖變形的控制，能夠在很大程度上滿足使用巷道的相關(guān)要求，防止二次支護(hù)以及維修，提高錨固整個(gè)系統(tǒng)的剛度，對支護(hù)區(qū)范圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，加?qiáng)錨固區(qū)防止變形的能力，提高錨桿與錨索之間的強(qiáng)度，應(yīng)該保證巷道的安全，在此基礎(chǔ)上減少錨桿的密度，降低單位面積的錨桿數(shù)量，在支護(hù)設(shè)計(jì)方面來加大成巷的速度。

（3）經(jīng)濟(jì)性的原則。應(yīng)該保證支護(hù)強(qiáng)度的安全性，還應(yīng)該有效節(jié)約巷道的成本，有效提高煤礦當(dāng)中的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)該有效增強(qiáng)組合構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度，因?yàn)橛兄饾u降低的錨桿密度，由此會增加錨桿之間的距離。為了能夠?qū)﹀^桿間的煤巖體的破壞、松散以及變形加以控制，應(yīng)該提高金屬網(wǎng)的剛度和強(qiáng)度。布置錨索以及錨桿與選擇參數(shù)時(shí)應(yīng)該對煤礦的實(shí)際情況進(jìn)行充分的考慮，應(yīng)該對錨桿支護(hù)的密度進(jìn)行盡可能的減少，對掘進(jìn)的速度進(jìn)行有效的提高；將錨索錨桿的預(yù)緊力大幅度提高，增強(qiáng)錨索錨桿控制圍巖的離層以及擴(kuò)容能力，保證煤巖體的承載能力與完整性，防止圍巖的變形。

4　設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)的方法——?jiǎng)討B(tài)信息設(shè)計(jì)方法

動態(tài)信息設(shè)計(jì)法包括兩個(gè)主要的特點(diǎn)，也就是信息性和動態(tài)性。第一，不可能一次完成設(shè)計(jì)，這屬于一個(gè)動態(tài)的過程；第二，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對提供的相關(guān)信息進(jìn)行最大限度地利用。這個(gè)設(shè)計(jì)方法主要包括五個(gè)部分：對試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，評估地質(zhì)力學(xué)；進(jìn)行初始設(shè)計(jì)；監(jiān)測井下情況；反饋信息與修正設(shè)計(jì)；日常的監(jiān)測。相關(guān)的實(shí)踐表明，初始設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)時(shí)所采用的計(jì)算數(shù)據(jù)都是較為可行的。

現(xiàn)階段，離散單元法軟件UDEC和有限差分軟件FLAC是應(yīng)用效果相對比較好的計(jì)算程序，具體的設(shè)計(jì)步驟為：

（1）按照通風(fēng)的實(shí)際要求、設(shè)備的具體尺寸以及巷道圍巖變形的預(yù)留量來對巷道斷面的尺寸以及形狀進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)；

（2）按照巷道的實(shí)際條件，對邊界條件和模擬的范圍進(jìn)行確定，進(jìn)而模擬出支護(hù)構(gòu)件與圍巖的相關(guān)模型；、

（3）確定出相應(yīng)的模擬方案，通常包含不同支護(hù)長度、密度、預(yù)緊力以及密度的支護(hù)、有無錨索、無支護(hù)等防范；

（4）對錨桿的直徑、預(yù)緊力、密度以及長度等各種參數(shù)進(jìn)行分析，確定出這些參數(shù)對于支護(hù)的影響，最終對最優(yōu)的支護(hù)方案予以確定[3]。

5　適宜的設(shè)計(jì)軟件

在對錨桿支護(hù)進(jìn)行初始的設(shè)計(jì)時(shí)，所運(yùn)用的數(shù)值計(jì)算的軟件應(yīng)該對影響圍巖破壞以及變形的各種因素進(jìn)行充分考慮，再從眾多方案當(dāng)中選擇最優(yōu)的。然而，這樣的設(shè)計(jì)方法有著相對比較深厚的力學(xué)以及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對于錨桿桿體的力學(xué)性能應(yīng)該滿足如表1的要求，還應(yīng)該掌握計(jì)算機(jī)方面的技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員往往很難做好上述工作，因此，應(yīng)該使用專門的一些設(shè)計(jì)軟件，如北京開采研究所開發(fā)的支護(hù)設(shè)計(jì)軟件。

6　結(jié)束語

綜上所述，隨著我國在煤礦方面的不斷研究以及實(shí)踐，已經(jīng)在煤礦方面逐步形成具有特色的錨桿支護(hù)技術(shù)體系，在實(shí)際應(yīng)用過程中大量的難題已經(jīng)得到了有效解決，促使我國煤礦行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益得以顯著提高。

表1　錨桿桿體的力學(xué)性能分析

參考文獻(xiàn)：

［1］王紅敏.探討煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.能源與節(jié)能，2013（12）：11-12.

［2］鞠文君.我國煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與展望［J］.煤礦開采，2014（6）：42-43.

［3］張大才.煤礦礦建工程巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵因素研究［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（23）：12-13.

(編輯：王智圣)

Discussion on Current Coal Mine Anchor Supporting Technology

WEN Jie
（Shanxi Coal Group Zhao Zhuang Coal Industry Limited Liability Company，Changzhi046605，China）

Abstract:In recent years, the technology of supporting technology in coal mine is developing rapidly.Anchor bolt plays the role of suspended, and by using prestressed diffusion and pre tightening force high strength applied, forming a support with surrounding rock, and then the rock itself withstand ability can be fully mobilized.In view of this, this paper discusses the essential meaning and basic mechanism of the bolt support, and expounds the design method and application software of the bolt support.

Key words:coal mine；bolt supporting；basic mechanism

作者簡介：文杰，男，1984年生，山西運(yùn)城人，大學(xué)本科，助理工程師。研究領(lǐng)域：采煤。

收稿日期：2015－04－30

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.051

中圖分類號：TD35

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009－9492 (2015 ) 08－0179－02