郭國平

(山西長治經(jīng)坊莊子河煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100)

1 前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對于煤炭資源的需求量越來越大，但是長期的開采導(dǎo)致我國煤炭資源日益枯竭，淺層煤炭幾乎被開采殆盡，煤炭開采開始向深層煤炭資源邁進(jìn)。在進(jìn)行煤炭開采時，需要保持巷道的暢通，保證圍巖的穩(wěn)定，隨著煤炭開采深度的加深，井下環(huán)境變得越來越復(fù)雜，使深層煤炭開采具有相當(dāng)大的難度。井下開采程度不斷加強(qiáng)，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，出現(xiàn)了很多高地應(yīng)力巷道、特大斷面巷道以及松軟破碎圍巖巷道等，極大地增加了巷道的支護(hù)難度，傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代煤炭開采的需要，所以研究新的煤炭巷道支護(hù)技術(shù)勢在必行。煤礦巷道支護(hù)技術(shù)在經(jīng)歷了木支護(hù)、型鋼支護(hù)以及砌碹支護(hù)等技術(shù)后，錨桿支護(hù)開始廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代煤礦開采中，成為國內(nèi)外主要的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)。

2 幾種主要的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)

煤礦巷道支護(hù)技術(shù)多種多樣，可以按照支護(hù)技術(shù)對圍巖作用方式的不同把煤炭巷道支護(hù)技術(shù)分為4種，第一種是支護(hù)力作用在巷道圍巖表面的支護(hù)形式，這種支護(hù)方式主要包括支架支護(hù)以及砌碹支護(hù)等；第二種是用來改變巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)的支護(hù)形式，這種形式能夠使巷道處于圍巖應(yīng)力較低的區(qū)域，減少巷道所承受的圍巖應(yīng)力；第三種是幾種支護(hù)力同時作用于圍巖表面和圍巖內(nèi)部的支護(hù)形式，主要包括錨桿支護(hù)和錨索支護(hù)等；第四種是通過改善巷道圍巖的化學(xué)性質(zhì)來達(dá)到強(qiáng)化巷道圍巖的強(qiáng)度，達(dá)到保護(hù)巷道的目的?；谝陨蠋追N形式的支護(hù)技術(shù)，在實(shí)際的煤礦開采中巷道支護(hù)技術(shù)主要有砌碹

支護(hù)技術(shù)、應(yīng)力控制技術(shù)、棚式支架、注漿加固技術(shù)、錨噴支護(hù)以及復(fù)合支護(hù)等[1]。這些支護(hù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)劣，所以在實(shí)際的煤礦巷道支護(hù)中經(jīng)常使用兩種或者兩種以上支護(hù)技術(shù)相結(jié)合的方式來進(jìn)行巷道保護(hù)，即復(fù)合支護(hù)。復(fù)合支護(hù)能夠綜合幾種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，更好地發(fā)揮支護(hù)技術(shù)對巷道的保護(hù)效果，由于復(fù)合支護(hù)的適用性比較強(qiáng)，所以廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境的巷道之中。但是復(fù)合支護(hù)技術(shù)也存在著費(fèi)用高、成巷慢以及組合困難等缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的研究。

3 煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

3.1 錨桿支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用

我國很多煤礦的巷道都是軟巖巷道，這種巷道支護(hù)困難很大。軟巖巷道主要有以下幾個特征：軟巖巷道煤層頂部的巖層膠結(jié)性非常弱，一旦遇水，很容易出現(xiàn)膨脹，周圍的圍巖也不夠堅固，巷道容易受風(fēng)化作用影響，產(chǎn)生崩解等。在軟巖巷道中，煤層厚度在5m左右，由于煤層在形成過程中，受節(jié)理發(fā)育的限制性比較強(qiáng)，所以煤層的抗壓能力非常弱。很多煤層頂部以及底板的巖層都是砂質(zhì)類的巖層，巖層松散破碎，抗壓強(qiáng)度很低，一旦遇水就會發(fā)生膨脹[2]。

在對軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)時，經(jīng)常使用樹脂全長預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，使巷道的表面呈現(xiàn)出垂直的狀態(tài)。在支護(hù)過程中使用金屬網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)，這樣能夠防止軟巖巷道變形，防止巷道的圍巖出現(xiàn)膨脹，保證圍巖的整體性與安全性。還能夠使錨桿的強(qiáng)度和預(yù)應(yīng)力大大提高，防止巖層出現(xiàn)變形或者拉伸狀況，提高錨桿的支護(hù)效果。在軟巖巷道中使用錨桿支護(hù)技術(shù)能夠大大降低巷道的圍巖變形程度，加強(qiáng)巷道的堅固性，保障巷道的安全，能夠在最大程度上降低煤礦巷道事故。

隨著錨桿支護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦開采中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，目前常用的錨桿支護(hù)技術(shù)主要有3種應(yīng)用情況：第一種是用于存在潛在破壞或者遭受被動懸吊破壞情況下的煤巖體中；第二種是用于錨固區(qū)的殼、拱、層或者梁的結(jié)構(gòu)之中；第三種是使用錨桿支護(hù)技術(shù)對錨固區(qū)圍巖的應(yīng)力狀態(tài)和力學(xué)性能進(jìn)行改變，控制圍巖的破壞或者變形[3]。在實(shí)際的使用過程中，錨桿支護(hù)主要用于控制圍巖的破壞或者變形，在這種情況下，錨桿的受力曲線可以分為幾種不同的類型，見圖1。圖1中的曲線1代表錨桿的預(yù)應(yīng)力非常低，對于巷道不能夠起到較好的支護(hù)作用，曲線2、曲線3與曲線4代表錨桿具有一定的預(yù)應(yīng)力，但是對于圍巖早期的離層控制作用有限，而曲線5則代表錨桿具有很高的預(yù)應(yīng)力，能夠有效控制煤礦巖體的擴(kuò)容變形，能夠?qū)崿F(xiàn)錨桿對巷道的強(qiáng)力支護(hù)。

圖1 錨桿支護(hù)過程中的受力變化示意圖

通過對圖1的分析，可以明確錨桿支護(hù)在使用過程中的受力變化特征，根據(jù)錨桿支護(hù)的受力變化特征可以得到支護(hù)圍巖響應(yīng)曲線，見圖2。在圖2中，曲線1～曲線5與圖1中的5條曲線是一一對應(yīng)的關(guān)系，圖2中的曲線1代表錨桿對圍巖無支護(hù)作用；曲線2代表錨桿具有較小的圍巖變形，但是在之后卻出現(xiàn)了圍巖位移不斷增加的情況；曲線3代表圍巖逐漸變穩(wěn)；曲線4代表圍巖的位移比較大，并且極不穩(wěn)定，加上錨固力降低，圍巖很容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象；曲線5代表錨桿支護(hù)在強(qiáng)力和預(yù)應(yīng)力方面都能夠達(dá)到較高的水平，能夠?qū)ο锏绹鷰r進(jìn)行有效控制。

圖2 錨桿支護(hù)技術(shù)的圍巖響應(yīng)曲線圖

3.2 煤礦軟巖巷道支護(hù)中存在的問題

在實(shí)際的煤礦開采過程中，每一個煤礦的地質(zhì)情況都不同，所以軟巖巷道的支護(hù)在實(shí)際操作中具有一定的難度。軟巖巷道在支護(hù)過程中遇到的問題主要包括以下幾個方面：在對巷道進(jìn)行常規(guī)支護(hù)過程中，有些圍巖的自承圈厚度比較小，圍巖對于巷道的保護(hù)作用變得非常小，在對煤礦巷道進(jìn)行挖掘后，巷道內(nèi)的圍巖應(yīng)力會重新分布，這時支護(hù)體就要承受非常大的壓力，在實(shí)際支護(hù)過程中，需要采取有效措施加強(qiáng)支護(hù)體的強(qiáng)度，但是支護(hù)體強(qiáng)度過大又會對圍巖的變形產(chǎn)生較大限制，導(dǎo)致支護(hù)體與圍巖之間不能進(jìn)行有效作用，支護(hù)得不到最大程度的發(fā)揮，軟巖巷道的巖層在受到應(yīng)力時很容易出現(xiàn)膨脹，在圍巖比較弱的地方，就會出現(xiàn)較大的變形，容易導(dǎo)致軟巖巷道出現(xiàn)破碎區(qū)，對圍巖的自承圈造成損害，不利于巷道的安全。

3.3 加強(qiáng)軟巖巷道支護(hù)的措施

在進(jìn)行煤炭資源開采時，如果采取常規(guī)的支護(hù)無法起到較好的效果，則可以對巷道實(shí)施第二次支護(hù)，這樣能夠極大地保障第一次支護(hù)的柔性，使支護(hù)體的強(qiáng)度獲得較大程度的提高，并且第二次支護(hù)能夠使圍巖在一定情況下發(fā)生變形，這樣圍巖就能夠釋放出一部分應(yīng)力，增強(qiáng)圍巖的安全性。在加強(qiáng)軟巖巷道的支護(hù)時，還要考察軟巖巷道內(nèi)的情況，有針對性地對巷道支護(hù)進(jìn)行加固，更好地對軟巖巷道進(jìn)行保護(hù)[4]。對于那些周圍圍巖比較脆弱的巷道，也可以使用錨梁支護(hù)對圍巖進(jìn)行加固，防止圍巖的脆弱區(qū)域擴(kuò)大，提高支護(hù)對于圍巖的約束力，增強(qiáng)巷道的安全性。

4 煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用展望

在經(jīng)過多年的理論研究以及實(shí)際應(yīng)用之后，積累了很多煤礦巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)也越來越成熟，成為煤礦開采中一項(xiàng)重要的巷道支護(hù)技術(shù)，但是煤礦巷道支護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，

在實(shí)際使用過程中需要依據(jù)和考慮很多的理論、施工方法、力學(xué)測試以及材料適用性等，所以在進(jìn)行實(shí)際巷道支護(hù)時，要根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計煤礦巷道支護(hù)技術(shù)。還可以通過開展巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試來研究比較簡單、可靠的錨桿支護(hù)方法，開發(fā)出更多的錨桿支護(hù)新材料與新技術(shù)，對錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)一步完善，保障煤礦開采的安全。

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦開采企業(yè)對于巷道支護(hù)技術(shù)提出了更高的要求，由于每個煤礦的地質(zhì)情況差別較大，所以在進(jìn)行實(shí)際的煤礦巷道支護(hù)時，要對煤礦的地質(zhì)情況進(jìn)行充分考察，根據(jù)煤礦的實(shí)際情況選用合適的支護(hù)技術(shù)，防止巷道變形或者坍塌，確保煤礦開采安全。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 康紅普,王金華,林 健.煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[A].全國大型煤炭企業(yè)綜采技術(shù)發(fā)展成果集[C],2016.1809-1814.

[2] 王彥青,陳 剛.煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2015，(32):1230-1230.

[3] 康紅普.我國煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展60年及展望[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,45(6):1071-1081.

[4] 康紅普.煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[A].地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù):2014年地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)研討會論文集[C],2014.