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原標(biāo)題（ 錨桿支護(hù)系統(tǒng)在煤礦巷道中的應(yīng)用與改進(jìn)）
介紹了我國錨桿支護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r，分析了影響錨桿支護(hù)效果的存在的問題，分析得出錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的可行性及優(yōu)越性，并舉例在某煤礦中的應(yīng)用，并得出錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)不但為煤礦礦井的高效掘進(jìn)與回采提供了安全保障，而且為煤礦企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)；錨索；聯(lián)合支護(hù)；安全保障
1 前言
煤礦巷道的錨桿支護(hù)技術(shù)在我國應(yīng)用起始于1950年，至今已經(jīng)有50多年的發(fā)展歷史，由于其具有“快速、主動(dòng)、有效”的特點(diǎn)，得到廣大煤炭企業(yè)和工程技術(shù)人員的普遍認(rèn)可。經(jīng)過多年的研究、改進(jìn)和工程實(shí)踐，已成為我國煤礦巷道的主要支護(hù)形式之一。隨著煤炭開采深度的不斷增加，巷道斷面不斷擴(kuò)大，巷道壓力的不斷加大，冒頂事故時(shí)有發(fā)生，凸現(xiàn)了錨桿支護(hù)中存在的一些問題。本文針對錨桿支護(hù)中的一些問題提出錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)在煤礦巷道中研究與應(yīng)用。
2 錨桿支護(hù)系統(tǒng)分析
2.1錨桿支護(hù)理論目前錨桿支護(hù)理論有懸吊理論、組合梁理論和加固拱理論等。懸吊理論是最早的錨桿支護(hù)理論，具有直觀、易懂及使用方便等特點(diǎn)。特別是在頂板上部有穩(wěn)定巖層，而其下部存在松散、破碎巖層的條件下，這種支護(hù)理論應(yīng)用比較廣泛。其主要缺陷是僅考慮了錨桿的抗拉作用，沒有涉及其抗剪能力及對破碎巖層整體強(qiáng)度的提高。組合梁理論充分考慮了錨桿對巖層離層與滑動(dòng)的約束作用，適用于層狀巖層。該理論認(rèn)為，錨桿提供的軸向力將對巖層離層產(chǎn)生約束，并且增大了各巖層間的摩擦力，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產(chǎn)生相對滑動(dòng)。加固拱理論認(rèn)為，即使在軟弱、松散、破碎的巖層中安裝錨桿，也可以形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)。只要錨桿間距足夠小，就能在巖體中產(chǎn)生一個(gè)均勻壓縮帶，它可以承受破壞區(qū)上部破碎巖石的載荷。該理論充分考慮了錨桿支護(hù)的整體作用，在軟巖巷道中得到較為廣泛的應(yīng)用和得到良好的經(jīng)濟(jì)效益。
2.2錨桿支護(hù)的適用條件普通單體錨桿只適用于加固穩(wěn)定的巖石巷道或圍巖巖體較完整的巷道，但在圍巖較軟或破碎帶規(guī)模較大的巖巷、煤巷及動(dòng)壓巷道中往往取不到應(yīng)有的效果，導(dǎo)致質(zhì)量事故。
2.3錨桿支護(hù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)分析
2.3.1錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法不科學(xué)雖然已制定煤巷錨桿支護(hù)規(guī)范，但設(shè)計(jì)時(shí)絕大多數(shù)采用工程類比法，支護(hù)形式和參數(shù)確定不盡合理，有可能支護(hù)強(qiáng)度太高，支護(hù)成本大，浪費(fèi)了材料；在松軟、軟弱等特殊地質(zhì)條件下支護(hù)強(qiáng)度也可能不足，出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)劝踩鹿省?/p>
2.3.2錨桿的支護(hù)材料質(zhì)量不能完全達(dá)到要求如鋼材質(zhì)量、加工的螺紋質(zhì)量、樹脂藥卷質(zhì)量等均直接影響支護(hù)質(zhì)量。
2.3.3錨桿支護(hù)監(jiān)測儀器與技術(shù)不能滿足現(xiàn)場施工需要常用儀器的精確度、實(shí)用性不盡完善，不能完全反應(yīng)錨桿支護(hù)效果。
2.3.4現(xiàn)有技術(shù)條件下，施工因素是直接影響錨桿支護(hù)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)施工人員對錨桿支護(hù)理論的系統(tǒng)認(rèn)識不夠，對錨桿的安裝操作質(zhì)量管理不到位，施工達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。如有時(shí)只重視對頂板的支護(hù)而忽視了對巷幫和底板的控制，或有些工人技術(shù)不過關(guān)、責(zé)任心不夠，造成錨桿和錨索支護(hù)強(qiáng)度降低。施工中常見的巷道凹凸不平，錨桿、錨索托板不緊貼巖面，造成錨桿、錨索沒有預(yù)應(yīng)力而失效。
2.3.5錨桿支護(hù)中預(yù)應(yīng)力普遍偏低目前大量礦壓觀測發(fā)現(xiàn)，深井軟巖巷道(包括煤巷)掘進(jìn)期間圍巖變形普遍在500～800mm以上，金屬支架與普通的錨桿支護(hù)此階段即遭到破壞。只有通過提高支護(hù)的預(yù)應(yīng)力，從而消除或大大減緩巖層軟弱面的離層現(xiàn)象，同時(shí)減緩兩幫圍巖的應(yīng)力集中程度和巖體破壞現(xiàn)象，初期圍巖變形才能得到有效控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速增阻，達(dá)到錨固工作阻力的效果。在高阻條件下實(shí)現(xiàn)減壓，才可能將巷道掘進(jìn)期間的圍巖變形量控制在300～400mm以內(nèi)，即高預(yù)應(yīng)力才能實(shí)現(xiàn)巷道的長期維護(hù)。在安裝錨桿時(shí)如果沒有預(yù)應(yīng)力或預(yù)應(yīng)力過低，隨著巷道兩幫位移量的增加，錨桿的工作載荷不會(huì)有較大的提高，此時(shí)錨桿支護(hù)的作用并不明顯；而當(dāng)安裝錨桿給予較高的預(yù)應(yīng)力時(shí)，那么錨桿的工作載荷隨著巷道兩幫位移量的增加明顯增大，能夠有力的抑制巷道圍巖的進(jìn)一步變形。雖然目前我國錨桿支護(hù)得到了相對比較廣泛的應(yīng)用，但在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工中，往往都忽視了錨桿的高預(yù)應(yīng)力這一關(guān)鍵因素。從中得出錨桿支護(hù)中預(yù)應(yīng)力普遍偏低，需要進(jìn)行技術(shù)和管理改進(jìn)。
3 錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的研究
3.1錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的概念錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)是煤巷巷道掘進(jìn)過程中的一種主要支護(hù)形式，可以與鋼帶、金屬網(wǎng)、工字鋼梁聯(lián)合使用。合理選擇錨桿參數(shù)及支護(hù)形式，是安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的，能起到提高支護(hù)質(zhì)量和礦山效益、降低成本的作用。錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)是通過圍巖內(nèi)部發(fā)揮其支護(hù)作用的，其實(shí)就是變巷道被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，提高巷道圍巖的自身承載力。隨著巷道圍巖狀況的不同，錨桿與錨索支護(hù)也具有不同的作用機(jī)理。
3.2分析錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù) 單根錨桿錨索加固巖體形成錨桿錨索周圍應(yīng)力包，只要錨桿錨索間距、排距適當(dāng)時(shí)，同時(shí)在群錨的作用下．應(yīng)力泡相互疊加，形成巖體內(nèi)承載圈加固帶。對于開掘巷道錨桿錨索支護(hù)，視巖石硬度、完整性、巖體節(jié)理情況、地應(yīng)力、服務(wù)年限及是否受動(dòng)壓影響等因素，而確定錨桿錨索支護(hù)形式，由于偽頂性脆、易碎。直接頂堅(jiān)實(shí)，最常用的是錨桿與錨索、網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)形式。錨桿與錨索、鋼帶抗彎強(qiáng)度小易貼頂承受載荷小，頂板平整時(shí)常用錨桿加固偽頂，錨桿與錨索加固直接頂；錨桿與鋼梁則能承受較大載荷。錨桿桁架是利用拉桿所產(chǎn)生擠壓力減少或消除下位巖層的拉應(yīng)力。形成一種以頂板巖層受壓，拉桿受拉，類似桁架的承載結(jié)構(gòu)，但兩幫圍巖體強(qiáng)度要高，若頂板完整性好，分層厚度又大，應(yīng)該使用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)，利用錨索鋼絞線較長的特點(diǎn)，在圍巖上部形成一個(gè)能防止其上部圍巖松動(dòng)和變形的加固拱，從而保持巷道支護(hù)的穩(wěn)定性。
4 錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的應(yīng)用
貴州某煤礦的X40701綜采工作面位于本礦斜井四采區(qū)南翼一片口與二片口之間，北至井筒保護(hù)煤柱，南至井田邊界，工作面傾斜長80～150m,煤層傾角為12°,煤層平均厚度1 7m。煤層直接頂為泥質(zhì)粉砂巖及灰白色細(xì)砂巖，底板為灰白色粘土巖。
4.1支架控頂區(qū)到煤壁間的支護(hù)設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)是煤礦井下最實(shí)用、最方便、最快捷和效果比較好的支護(hù)方式，在井下應(yīng)用比較廣泛，可以說煤礦井下目前大部分巷道都采用這種支護(hù)方式，結(jié)合本礦實(shí)際最終確定選擇錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)。
4.1.1頂錨桿錨桿長度可由下式計(jì)算進(jìn)行確定，即L=K（1 1+B/10），式中K為圍巖穩(wěn)定影響因素,因頂板已受采動(dòng)超前壓力影響,取1 4m；B為支架出架通道寬度，取1 8m 。由式知錨桿長度不小于1 79m ，故選用礦常用Φ20 mm×2200mm螺紋鋼錨桿，根據(jù)煤礦頂板支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，錨桿間排距為800mm×800mm，每根錨桿用兩節(jié)樹脂藥卷。
4.1.2錨索
根據(jù)懸吊理論來設(shè)計(jì)錨索支護(hù)參數(shù)，結(jié)合煤礦巷道支護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，錨索采用6Φ15 4mm ×13300mm鋼絞線，錨索間排距為1600mm×1600mm。
4.1.3幫錨桿
采用鋼筋梯配合Φ43mm×1600mm的管縫式錨桿為幫錨桿支護(hù)煤壁，幫錨桿間排距為800mm×800mm。
4.2錨桿與錨索的聯(lián)合支護(hù)實(shí)踐
運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷均為錨桿配鋼筋梯支護(hù)巷道，在工作面距上半段停采線6m到停采線時(shí)，不采用鋪金屬頂網(wǎng)和拉設(shè)鋼絲繩來控制支架頂板，而直接采用錨桿和錨索配鋼筋梯支護(hù)來控制支架控頂距離和出架通道。即煤機(jī)割第一刀煤時(shí)先在煤壁用單體支柱每隔1m打上貼幫柱作為臨時(shí)支護(hù)，用兩臺錨桿鉆機(jī)(為加快時(shí)間)按錨索支護(hù)的間排距進(jìn)行打眼，采用鋼筋梯（Φ6 5鋼筋制作，長2m,寬0 1m,網(wǎng)格間距0 1m）沿工作面傾斜布置配合錨索進(jìn)行支護(hù)頂板。割第二刀煤后，按錨桿支護(hù)間距采用錨桿配鋼筋梯（沿工作面傾斜布置）進(jìn)行支護(hù)頂板，錨桿（索）配鋼筋支護(hù)是為防止上一臺支架撤除后矸石垮落影響下一臺支架回撤。采用錨索和錨桿交替支護(hù)距停采線1 8m時(shí)停止拉架，用單體推移輸送機(jī)割煤到停采線并支護(hù)到停采線。出架通道頂板最后2排支護(hù)每排均采用錨桿和錨索交替按間排距800mm×800mm進(jìn)行支護(hù)，即打一棵錨桿距離800mm打一棵錨索。
5 結(jié)論
1）實(shí)踐 表明錨桿、錨索、金屬網(wǎng)等構(gòu)件組合形成懸吊作用、組合梁作用和加固作用，使被錨固巖層形成一個(gè)整體承載結(jié)構(gòu)，改變了下部巖層受力狀態(tài)，提高了巖層自身承載能力，有效地控制巷道圍巖的早期離層，減少巷道圍巖變形，提高了巷道支護(hù)的可靠性。
2）通過分析比較支護(hù)效果，以及具體施工實(shí)踐表明，采用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，可以加快施工進(jìn)度，并可以有效的控制巷道頂板圍巖的下沉，避免巷道的重復(fù)翻修，圍巖基本趨于穩(wěn)定，完全滿足巷道使用要求，達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果和目的，在技術(shù)上和理論上均切實(shí)可行。
3）錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)有支護(hù)效果好、施工快捷、支護(hù)成本低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全可靠性高和作業(yè)環(huán)境好等特點(diǎn)。4）錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)施工工序簡單，工藝成熟，施工方便，易于操作，是一種積極主動(dòng)的支護(hù)方式，應(yīng)該大力推廣和廣泛應(yīng)用。
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