亓 超 牛傳星

（1山東科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院 山東 青島 266510 2山東省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 青島 266510）

淺談煤礦開采中錨桿支護(hù)技術(shù)

亓 超1,2牛傳星1,2

（1山東科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院 山東 青島 266510 2山東省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 青島 266510）

21世紀(jì)以來，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)取得了快速的創(chuàng)新與發(fā)展。錨桿支護(hù)作為煤礦巷道支護(hù)的一種，能夠充分利用預(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(dòng)，同時(shí)利用錨桿對圍巖的懸吊作用，共同維持巷道穩(wěn)定性，本文主要介紹了錨桿支護(hù)技術(shù)的本質(zhì)含義及其作用機(jī)理，并指出了我國如今在錨桿施工過程中存在的問題以及這些問題的解決方法。

煤礦巷道；錨桿支護(hù)；基本原理

我國自20世紀(jì)50年代引入錨桿支護(hù)技術(shù)以來，已經(jīng)取得了巨大的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)效益，如今國內(nèi)錨桿種類多樣，常見的有楔縫、漲殼、倒楔錨桿、鋼絲繩或鋼筋砂漿錨桿、木錨桿、竹錨桿、樹脂錨桿、爆擴(kuò)錨桿、水泥錨桿、爆擴(kuò)錨桿等。因?yàn)椴煌^桿構(gòu)造不一，作用機(jī)理差異大，所以各類錨桿在復(fù)雜多變地質(zhì)條件下，有不同的“支護(hù)”效果。根據(jù)國內(nèi)外錨桿支護(hù)的成功經(jīng)驗(yàn)，合理的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及詳細(xì)的錨桿監(jiān)測分析，不僅是煤礦巷道安全的可靠保證，并且是取得社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益的重要前提。

1、錨桿支護(hù)的本質(zhì)含義以及作用機(jī)理

錨桿支護(hù)的本質(zhì)主要指的是利用錨桿來對巷道淺層進(jìn)行一定的加固，形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)。在整個(gè)服務(wù)期間，錨桿進(jìn)行加固的結(jié)構(gòu)必須保持充分持久的一體性，應(yīng)該嚴(yán)格避免出現(xiàn)一部分泄漏或者大范圍的網(wǎng)兜等現(xiàn)象。在支護(hù)過程中形成的承載結(jié)構(gòu)應(yīng)該有符合相關(guān)的承載力要求，這應(yīng)該通過承載結(jié)構(gòu)的不同厚度、預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散有效面積以及承載結(jié)構(gòu)內(nèi)壓應(yīng)力的實(shí)際大小來最終實(shí)現(xiàn)。例如，動(dòng)壓的巷道需要具有相對較小的承載能力，留巷的巷道相對動(dòng)壓而言需要的承載能力大，而靜壓的巷道是最小的承載能力。承載結(jié)構(gòu)就像一堵堅(jiān)固的墻，同時(shí)還應(yīng)該具有可以適當(dāng)讓壓的內(nèi)部煤層體，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，應(yīng)該保持承載結(jié)構(gòu)的完整性，如果完整性被破壞，會(huì)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，在動(dòng)壓比較強(qiáng)烈的巷道當(dāng)中

要注意錨桿的長度，過長的錨桿會(huì)因斷裂喪失整體性。

錨桿所具有的支撐作用主要是表現(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)，對錨固區(qū)的圍巖的裂隙張開、離層、產(chǎn)生新裂紋以及滑動(dòng)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；另一方面是通過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，對錨固區(qū)的圍巖的裂隙張開、離層、產(chǎn)生新裂紋以及滑動(dòng)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。此外，在實(shí)際工程中應(yīng)盡可能實(shí)行一次性支護(hù)，從而圍巖的破壞以及變形。

2、我國錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展中出現(xiàn)的問題

2.1 對錨桿支護(hù)機(jī)理的認(rèn)識(shí)亟待提高

目前，按照一般錨桿的設(shè)計(jì)方法，使用組合梁，懸吊，拱強(qiáng)化理論進(jìn)行計(jì)算，這一過程只是針對普通巷道提出的，而針對煤炭巷道獨(dú)有特征的支護(hù)原理與設(shè)計(jì)方法并沒有涉及，特別是那些礦井軟巖條件以及全煤巷道支護(hù)設(shè)計(jì)問題。所以，現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)大部分是經(jīng)驗(yàn)性的，施工與設(shè)計(jì)過程并不規(guī)范。因此我們有必要在研究巷道圍巖壓力顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索錨桿支護(hù)理論。

2.2 錨桿的產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，錨桿機(jī)具不配套

錨桿的材質(zhì)結(jié)構(gòu)與其力學(xué)性能決定了支護(hù)的效果，錨桿機(jī)具性能是錨桿安裝質(zhì)量與施工速度的重要保障，只有這兩者相互配合才能達(dá)到穩(wěn)定支護(hù)目的。因此，我們不但要研制特定用途的錨桿結(jié)構(gòu)，而且要加強(qiáng)研制更新錨桿鉆裝機(jī)具。目前，我國井下應(yīng)用的錨桿強(qiáng)度、延伸性偏低，不能為巷道圍巖提供較大的支護(hù)阻力，更不能適應(yīng)巷道圍巖的變形，易使巷道頂板產(chǎn)生滑動(dòng)錯(cuò)位。此外，雖然我國錨桿鉆機(jī)種類齊全，但結(jié)構(gòu)不夠合理，零部件質(zhì)量和整機(jī)性能都急需進(jìn)一步完善。同時(shí)因?yàn)槭褂玫托阅艿腻^桿與鉆機(jī)，不可避免地導(dǎo)致巷道安裝錨桿數(shù)量偏多且慢，進(jìn)而影響巷道的掘進(jìn)進(jìn)度與成巷速度。

2.3 錨桿監(jiān)測儀器與監(jiān)測技術(shù)需要提高

監(jiān)測是錨桿支護(hù)過程中確保安全可靠性以及保證施工質(zhì)量的重要手段。我國高度重視錨桿支護(hù)監(jiān)測，已經(jīng)開發(fā)了一系列的監(jiān)測和監(jiān)控設(shè)備，但性能偏低，功能不完善，尚未形成一系列配套的綜合探測技術(shù)。此外，雖然我國已經(jīng)開展監(jiān)測工作，但這些工作的反饋和指導(dǎo)卻遲遲不能發(fā)揮。這主要是因?yàn)楣芾砣藛T基礎(chǔ)理論認(rèn)識(shí)不足，監(jiān)督意識(shí)偏低，以及缺乏合理的指正方法。

3、對我國錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展的展望

3.1 進(jìn)一步完善錨桿支護(hù)理論并發(fā)展掘錨新機(jī)具

隨著巖土工程的發(fā)展，錨桿支護(hù)理論也得到了極大的豐富，然而卻不能合理的指導(dǎo)實(shí)際工程，理論的針對性不強(qiáng)。因此加深對巷道圍巖支護(hù)理論的研究是必然的。要引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來指導(dǎo)錨桿的使用，這不僅僅需要我們自身加強(qiáng)對錨桿支護(hù)的研究還需要加強(qiáng)與國外改行業(yè)是技術(shù)交流，相互借鑒取長補(bǔ)短，形成自己的并且通用的錨桿支護(hù)理論與支護(hù)技術(shù)。眾所周知，掘進(jìn)機(jī)的開采速度與錨桿的安裝快慢是決定掘進(jìn)速度的重要因素，在傳統(tǒng)的煤炭開采中，掘進(jìn)開采與錨桿支護(hù)是分開的，而發(fā)展掘進(jìn)與支護(hù)同時(shí)進(jìn)行的作業(yè)平臺(tái)是未來煤炭行業(yè)的一個(gè)重要方向。

3.2 錨桿支護(hù)監(jiān)測技術(shù)及設(shè)計(jì)方法的研究

在完成錨桿安裝后需要安裝監(jiān)測設(shè)備，以便對錨桿的可靠性進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋進(jìn)一步指導(dǎo)設(shè)計(jì)。目前錨桿支護(hù)的綜合監(jiān)測內(nèi)容有：采用十字布點(diǎn)法監(jiān)測表面位移、采用頂板離層指示儀測試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值、錨桿測力計(jì)測量錨桿(索)錨固端部和全長的工作阻力。日常監(jiān)測的內(nèi)容有：錨桿錨固力抽檢、頂板離層、錨桿預(yù)緊力矩檢測。然而在眾多的實(shí)際工程中，由于缺乏必要的監(jiān)測，導(dǎo)致沒有得到錨桿實(shí)際的設(shè)計(jì)反饋信息。所以在宣傳還要制定一些規(guī)定以便在此方面的研究投入更多的精力，繼而保證安全生產(chǎn)。

3.3 支護(hù)的人員的操作培訓(xùn)

工人是所有工作計(jì)劃的執(zhí)行主體，無論是結(jié)構(gòu)合理的錨桿，具有優(yōu)異錨固性能的高品質(zhì)螺栓，還是靈活高效的錨桿機(jī)工具，精密靈敏的監(jiān)測儀器，都需要工作人員來操作。中國煤礦施工隊(duì)伍大部分是理論素質(zhì)偏低的人員，加上不到位的監(jiān)督和管理，往往難以保證施工質(zhì)量。因此，重視和加強(qiáng)錨桿支護(hù)技術(shù)和施工人員技術(shù)培訓(xùn)和崗位培訓(xùn)，有利于中國煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展和普及。

4、結(jié)束語

中國在煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)上已有近60年的探索，錨桿支護(hù)應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到工作面開切眼，軟巖巷道，破裂或復(fù)合頂板巷道和受動(dòng)壓影響的回采巷道。錨桿支護(hù)技術(shù)是一個(gè)看似簡單，實(shí)則復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有很多影響最終支護(hù)效果成敗的因素。因此，我們要開發(fā)適用于不同形式的保護(hù)錨桿和經(jīng)濟(jì)實(shí)用錨桿鉆機(jī)，提高錨桿支護(hù)安全性和可靠性。同時(shí)應(yīng)該有積極的態(tài)度去改善煤巷錨桿支護(hù)理論，利用科學(xué)實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)不同種類的圍巖巷道地質(zhì)條件，采用錨桿支護(hù)提高整體監(jiān)測技術(shù)。相信通過技術(shù)人員的不懈研究探索，錨桿支護(hù)技術(shù)將會(huì)迎來更加迅速發(fā)展的時(shí)期。

[1]王金華.我國煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的新發(fā)展[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007.

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1007-6344（2016）03-0252-01

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