趙海平

摘要：本文在介紹預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的理論基礎(chǔ)與技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體應(yīng)用實例，較全面地論述了我國煤礦預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的主要研究成果和最新進展，對臨界支護強度、臨界錨固長度、錨固力設(shè)計、錨桿（錨索）的類型及適應(yīng)性、監(jiān)測技術(shù)與安全評價等預(yù)應(yīng)力錨固的關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)介紹，并對其發(fā)展方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：煤礦；預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)；臨界錨固；進展；關(guān)鍵技術(shù)

一、煤礦預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)現(xiàn)狀

從支護材料上來看，煤礦預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)已經(jīng)全面開始升級，尤其是在深井巷道維護中，直徑21.8 mm高強度低松弛鋼絞線錨索已經(jīng)完全代替了直徑15.24 mm和17.8 mm的鋼絞線錨索。從錨固方式上來看，隨著樹脂藥卷的推廣，錨固方式已經(jīng)由全長錨固、端錨已經(jīng)基本完全過渡為加長錨。從服務(wù)時間上來看，煤礦的開拓類巷道的服務(wù)年限較長，甚至與整個礦井的服務(wù)年限相同，但對于回采巷道而言，其服務(wù)時間較短，一般不超過4a；但由于此類巷道需要承受支承壓力的動壓作用，極易造成錨固失效，所以設(shè)計時的安全系數(shù)必須取大值。

二、煤礦預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用實例

（一）深井回采巷道

隨著開采向深部發(fā)展，巷道圍巖的工程現(xiàn)象和礦壓顯現(xiàn)也隨之趨向復(fù)雜和惡化，特別是處于膨脹性巖體、泥質(zhì)巖體遇水泥化等復(fù)雜條件下的巷道，礦井軟巖變形強烈，支護難度大，一方面是由于絕對深度增大，地壓升高造成的，更多是由于軟、破圍巖條件、采動影響、支護效能差及強度偏低等綜合作用的結(jié)果。深部開采中巷道圍巖控制難度增加不僅使礦井生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響：巷道施工困難、持續(xù)變形、反復(fù)維護、維修成本甚至超出新掘巷道，制約了整個礦區(qū)的煤炭生產(chǎn)，而且還帶來相當(dāng)嚴(yán)重的安全隱患，頂板事故在煤礦事故中占近40%，在深部巷道中尤為突出。

預(yù)應(yīng)力錨桿作為一種有效的支護手段，其最大的特點就是盡可能少的擾動被錨固的巖體，并通過錨固措施合理地提高可利用巖體的強度，并且能在應(yīng)力劇烈變化影響下保持穩(wěn)定的錨固力。所以預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)是最為高效和經(jīng)濟的加固技術(shù)，得到了采礦業(yè)的高度重視，在大采高強動壓巷道中得到了迅速的發(fā)展。以“三高”錨桿為依托的現(xiàn)代錨桿支護設(shè)計理念，通過優(yōu)化巷道圍巖應(yīng)力場、強化錨桿支護承載性能、強化破裂圍巖體強度、強化圍巖承載結(jié)構(gòu)極大的提高了圍巖的穩(wěn)定性。并且在保證了支護效果的前提下，顯著提高了巷道掘進速度與工效。

（二）大斷面的巷道、切眼、硐室

馬頭門是立井井筒通向井下平巷的咽喉，是礦井設(shè)計中支護最為困難的地方之一，近年來馬頭門破壞事故時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)，造成了人員傷亡和大量的經(jīng)濟損失。造成馬頭門區(qū)域失穩(wěn)破壞的原因是多方面的，而關(guān)鍵因素在于馬頭門區(qū)域的支護技術(shù)。馬頭門方向的變形位移在遇到馬頭門支護結(jié)構(gòu)時就轉(zhuǎn)化為作用于結(jié)構(gòu)上的荷載。當(dāng)馬頭門支護結(jié)構(gòu)的強度不足時，首先就引起支護結(jié)構(gòu)的破壞。使支護對圍巖的抗力減小甚至喪失，加速了圍巖變形，從而造成剛性連結(jié)結(jié)構(gòu)和井壁連鎖破壞。馬頭門后期重復(fù)維護一方面極易破壞井筒與硐室連接處巖體強度，造成井壁脫落，另一方面很影響正常生產(chǎn)。因此對待馬頭門支護要有足夠的支護強度。

馬頭門附近采用全斷面錨索方式加固，以錨索梁或桁架錨索的形式進行加固，配合注漿、充填噴漿以及澆筑鋼筋砼，采用錨網(wǎng)噴注耦合組合支護方式的有效途徑。通過合理設(shè)計支護參數(shù)，圍巖穩(wěn)定性明顯增強，經(jīng)實踐觀測硐室左右?guī)蛢?nèi)移量、頂板下沉量、底鼓量都在容許變形范圍之內(nèi)，且都已穩(wěn)定。

（三）沿空掘巷巷道

綜放沿空巷道大多采用錨、索、網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)。實踐證明，綜放沿空錨桿支護巷道時尤其對于巷道頂板來說，受采動影響，煤礦小煤柱沿空巷道圍巖必將發(fā)生大變形礦壓顯現(xiàn)，如其采用的是錨桿支護，則錨桿可能會承受較大的剪切變形，因而可能失去錨桿應(yīng)承受拉伸應(yīng)力的最佳作用功能，錨桿變形已不再是簡單的拉伸狀態(tài)，而是拉、剪、彎組合變形狀態(tài)，這種剪切變形而引起的剪切應(yīng)力可能接近或超過錨桿的許用剪切應(yīng)力。如果支護方位參數(shù)設(shè)計不合理，錨桿可能會受顯著剪切力作用，甚至可能會發(fā)生剪切斷裂，因而失去錨桿原有的拉緊支護功能。在這類巷道的錨桿支護設(shè)計中，應(yīng)該合理選擇錨桿支護的方向，尤其是頂部錨桿的支護方向，避免錨桿發(fā)生剪切破斷，盡量發(fā)揮錨桿的最大支護效能。

（四）無煤柱煤與瓦斯共采巷道的維控

采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的回采巷道尤其適用于綜合機械化開采的快速推進，架棚支護的巷道必須提前將棚式支護的頂梁及至少回采側(cè)的棚退替換掉，否則回采時采煤機難以進行截割工作，而替棚工作會增額外的重體力工作量并存在安全隱患。

三、煤礦預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)展望

（一）支護材料的規(guī)格和力學(xué)性能全面升級：錨桿可采用屈服強度大于800MPa的超高強5級鋼材熱軋帶肋無縱筋螺紋鋼；錨索可采用直徑27.8mm，屈服強度1860MPa型高強度低松弛鋼絞線。

（二）隨著深部軟巖支護難度的進一步增加，對工作錨固力提出更高的要求，從錨固結(jié)構(gòu)來看，要求錨固結(jié)構(gòu)單孔單一構(gòu)件向單孔多構(gòu)件轉(zhuǎn)變，即錨索束等。為了更好的支護效果，可以采用主動支護與被動支護相結(jié)合的方式，如先錨桿后架棚的高阻讓壓支護技術(shù)，或先架棚后錨固的施工安全技術(shù)，或噴漿、錨固、架棚、滯后注漿多工序的聯(lián)合支護方法，經(jīng)濟有效。

（三）施工機具進一步標(biāo)準(zhǔn)化，針對底板鑿孔施工難的特點，需研制推廣特殊結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)機。采用大推力機具，強功率預(yù)緊機具，高強護表構(gòu)件等提高錨固施工效果。

（四）實現(xiàn)頂板實時在線監(jiān)測技術(shù)，并與物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)相結(jié)合的遠程監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，實現(xiàn)頂板動態(tài)管理，保證生產(chǎn)安全。

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