熊宇峰

（太原華潤煤業(yè)有限公司原相煤礦，山西太原 030000）

0 引言

煤炭是我國重要的能源之一，因此煤炭的生產(chǎn)一直被社會大眾關(guān)注。煤礦開采巷道的穩(wěn)定性決定著煤炭開采的安全和效率，在巷道掘進(jìn)作業(yè)中，尤其是破巖和支護(hù)，必須保證巷道的穩(wěn)定性和周邊圍巖的牢固性，可靠的支護(hù)方式是提高巷道安全性的保障，不斷提高支護(hù)的技術(shù)水平并創(chuàng)新是很必要的。有些地區(qū)的煤礦開采地質(zhì)條件相對復(fù)雜，給采場和巷道支護(hù)造成影響，需要結(jié)合煤礦企業(yè)的自身發(fā)展做出調(diào)整，以控制成本。本文對采用錨桿支護(hù)巷道的技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，錨桿支護(hù)能夠提高巷道的穩(wěn)定性，降低煤炭開采的成本，因此有一定的推廣意義。

1 錨桿支護(hù)技術(shù)的概念

傳統(tǒng)的開采通常使用的支護(hù)技術(shù)為棚室支架，當(dāng)前發(fā)展的支護(hù)方式為錨桿支護(hù)技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠提升巷道的整體支護(hù)效果，并保證巖體的穩(wěn)定和整體性。如果在掘進(jìn)的過程中發(fā)現(xiàn)部分巖石不穩(wěn)，就可以采用錨桿進(jìn)行懸吊加固，在錨桿技術(shù)的應(yīng)用過程中需要使用錨固劑以及托板等構(gòu)件，將錨桿與周邊的巖層結(jié)合起來，形成一個(gè)穩(wěn)定的支護(hù)系統(tǒng)，提高采煤工作面的穩(wěn)定性和開采效率。相比較于棚室支架支護(hù)技術(shù)，錨桿技術(shù)能夠節(jié)約支護(hù)成本，提升穩(wěn)定性。

2 錨桿支護(hù)的作用

2.1 加固拱

煤礦井下的拱頂巷道數(shù)量較多，通過錨桿的軸向作用，在巷道圍巖的內(nèi)部能夠形成拱形的壓縮帶，在這樣的情況下，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)就會被改變，從雙向受壓或者單向受壓的狀態(tài)變成三軸受力的情況，這種狀態(tài)能夠加強(qiáng)環(huán)向抗壓的強(qiáng)度，讓壓縮帶承受自身的重量，也能夠讓壓縮帶承擔(dān)外部的荷載。

2.2 受力體系轉(zhuǎn)移

通常開采過程中開挖出來的巷道存在老頂堅(jiān)固而直接頂比較薄弱的情況。這時(shí)采用錨桿結(jié)構(gòu)就能夠?qū)⒅苯禹斨胁惶€(wěn)定的巖石結(jié)構(gòu)的受力傳遞到老頂上去，提高直接頂?shù)恼w穩(wěn)定性。這樣錨桿承擔(dān)了來自圍巖的重量，加強(qiáng)整個(gè)巷道頂部的整體性。

2.3 錨桿支護(hù)在煤礦中的應(yīng)用

根據(jù)采煤的要求，回采的巷道一般采用矩形斷面，在采掘作業(yè)面上通常設(shè)置切眼來方便才沒設(shè)備的安裝，因?yàn)椴擅旱脑O(shè)備越來越大，因此開切眼的斷面也會相應(yīng)越來越大，為了確保采掘過程中巷道的穩(wěn)定，就必須對巷道進(jìn)行有效的支護(hù)。比如某煤礦主要通過厚煤層實(shí)施一次性的采全高，井下的煤層厚度大約在4m，煤層松軟且易破碎，巷道頂是砂質(zhì)泥巖和泥巖組成，裂隙的發(fā)育比較明顯，包含軟弱加層，需要功率和尺寸相對較大的采煤設(shè)備，因此增加切眼斷面，在某種程度上加寬了巷道的寬度和支護(hù)難度。在這種情況下，必須使用錨桿支護(hù)的方法。

3 煤礦錨桿的支護(hù)特點(diǎn)和現(xiàn)狀

采用圍巖受力計(jì)算理論，由于錨桿技術(shù)是屬于主動支護(hù)，錨桿打入巖層中后可以起到加固圍巖的作用，形成圍巖與錨桿一體的支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，防止圍巖在受力的作用下發(fā)生變形。另外，采用錨桿支護(hù)所使用的材料較少，能夠降低開采的成本，提高工作效率，提高煤礦作業(yè)安全性。

當(dāng)前錨桿的施工依賴錨桿機(jī)，錨桿機(jī)的性能對于錨桿的施工速度和錨桿的安裝質(zhì)量都有著決定性的作用。當(dāng)前我國主要使用的錨桿機(jī)是單體的錨桿鉆，雖然包括的類型有電動錨桿鉆、液壓錨桿鉆和風(fēng)動錨桿鉆，但是性能和結(jié)構(gòu)都不合理，缺乏高自動化、機(jī)械化的錨桿車；另外鉆車和機(jī)載機(jī)組發(fā)展都比較慢，應(yīng)用也少，我國的鉆機(jī)可靠性，施工技術(shù)與國外的鉆機(jī)相比較有一定的差距，相關(guān)的工作人員還需要對錨桿進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)和研究。當(dāng)前我國煤礦從業(yè)人員的素質(zhì)較差，管理者也對設(shè)備缺乏了解，很多施工工藝和作業(yè)指導(dǎo)方式也不正確，阻礙巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，降低了巷道支護(hù)的質(zhì)量。錨桿的受力和巷道頂板的監(jiān)測比較落后，施工現(xiàn)場對于錨桿支護(hù)的受力和變形情況不了解，使得數(shù)據(jù)可靠性不高，因此存在安全隱患，降低錨桿支護(hù)的效果。

4 常見的錨桿支護(hù)技術(shù)

4.1 懸臂掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)

在大規(guī)模的煤礦企業(yè)中通常會用到懸臂掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)，這種方法具有更高的安全性，構(gòu)成懸臂掘進(jìn)錨桿支護(hù)系統(tǒng)的有帶式輸送機(jī)、懸臂掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和單體錨桿鉆機(jī)等，在支護(hù)中有著重要的作用。

4.2 采掘合一巷道錨桿支護(hù)

采掘合一巷道錨桿支護(hù)的最大特點(diǎn)是同時(shí)開展掘進(jìn)和采煤工作，這種方式很大程度上縮短了煤礦開采的工藝流程，提高了采煤效率，同時(shí)也推動了矩形斷面雙向掘進(jìn)和斷壁開采技術(shù)的發(fā)展。

4.3 煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)

在原有的采煤機(jī)技術(shù)中發(fā)展而得到錨桿鉆車被推廣使用，提高巷道的掘進(jìn)效率，在掘進(jìn)巷道的支護(hù)作業(yè)中，錨桿鉆車選擇后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，成為煤礦中最普遍使用的錨固結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

5 錨桿支護(hù)技術(shù)研究

5.1 巷道支護(hù)方式

在巷道的內(nèi)部通常會使用很多強(qiáng)力的錨桿以及錨索支護(hù)系統(tǒng)，采用錨桿的高預(yù)應(yīng)力對圍巖實(shí)現(xiàn)應(yīng)力擴(kuò)散，形成穩(wěn)定的支護(hù)系統(tǒng)，采用錨桿支護(hù)系統(tǒng)不但能夠保證掘進(jìn)過程中巷道的穩(wěn)定性，還能夠有效地控制圍巖周邊出現(xiàn)的裂縫，防止裂縫擴(kuò)展。選擇支護(hù)材料時(shí)應(yīng)當(dāng)首先考慮延性較好的材料，采用HRB500 的鋼筋作為錨桿，保證伸長率大于20%，也可以采用新型的1×18結(jié)構(gòu)的鋼絞線作為錨索使用，強(qiáng)度能夠達(dá)到600KN，伸長率也能夠達(dá)到8%，結(jié)合相關(guān)的計(jì)算書和方案能夠確定錨桿選用的具體數(shù)值。

超前支護(hù)壓力能夠會回采工作面造成影響，在應(yīng)力的作用下，圍巖出現(xiàn)裂縫以及其他的問題，在實(shí)際工作中，巷道連接處和工作面連接的20m 范圍內(nèi)都可以進(jìn)行支護(hù)加強(qiáng)，巷道受到工作面卸載后的壓力，光是填充開采后的工作面是不能滿足要求的，因此需要對頂板下沉進(jìn)行預(yù)防。同時(shí)采用專門的液壓支架，這種支架的阻力能夠達(dá)到6000KN，具備4 根立柱，能夠提供良好的支撐。

加強(qiáng)支護(hù)同時(shí)還需要對巷旁進(jìn)行支護(hù)，常見的巷旁支護(hù)還是采用回填的方法進(jìn)行，但是支護(hù)的效果取決于巷道支護(hù)所采用的填充材料的性能，填充材料的強(qiáng)度和變形性能都影響著填充的支護(hù)效果。填充材料只有具備良好的變形性能才能夠有效地防止巷道頂部下沉，在填充作業(yè)中，通常采用泵送的方式進(jìn)行材料填充。當(dāng)前的填充工作中對巖石頂部的整體性也開始重視，尤其是煤壁下方3m 范圍的工作范圍，可以選擇直徑22mm 的錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿的排距可以選擇1m，保證在每排布置4 個(gè)錨桿，采用鋼帶和金屬網(wǎng)進(jìn)行頂部防護(hù)。

5.2 支護(hù)的機(jī)理

在巷道的掘進(jìn)過程中，需要對圍巖的性質(zhì)進(jìn)行全面分析，保證施工間距的合理性，先打鉆巷道的斷面，然后錨入錨桿，并進(jìn)行注漿加固，提高周邊圍巖的強(qiáng)度。錨桿支護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)的被動支護(hù)技術(shù)不同，主要是在錨桿的作用下，將巷道圍巖組成一個(gè)整體性的結(jié)構(gòu)，改變周邊圍巖的物理性質(zhì)，加強(qiáng)巷道的穩(wěn)定性。錨桿支護(hù)體系從提出錨桿支護(hù)理論后便越來越完善，在工程施工中的應(yīng)用也比較廣泛。在錨桿的作用下，巖層可以形成具有抗剪能力的巖石板梁，這是整體性的結(jié)構(gòu)，不容易出現(xiàn)層間變形，因此提升了圍巖的穩(wěn)定性。另外圍巖的強(qiáng)度和錨桿的錨固力是影響組合梁的關(guān)鍵因素。

在巷道開挖工程當(dāng)中采用錨桿進(jìn)行支護(hù)能夠擠緊巷道周邊比較危險(xiǎn)的圍巖，所以能夠起到擠密和加固圍巖的作用，提高圍巖的整體性。錨桿還能夠與圍巖一起形成保證自身穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)拱，結(jié)構(gòu)拱的存在也能夠穩(wěn)定巖石防止松動，避免圍巖的變形，從而保證巷道的穩(wěn)定。巷道頂板上設(shè)置錨桿的作用也相當(dāng)于頂板上設(shè)置了柱，能夠?qū)享攷r石傳遞的荷載進(jìn)行支撐，在某些程度上減少巷道頂部的巖石露出的面積，增加巷道頂板的抗彎能力，保證頂板在開采過程中撓度滿足才開需求，錨桿的懸吊作用也能夠增加錨桿的剪跨比，提高受力性能。

6 結(jié)語

開展煤礦掘進(jìn)巷道超前支護(hù)作業(yè)是進(jìn)行煤礦開采的前提和重要保障，只有做好巷道超前支護(hù)才能夠保證煤礦開采作業(yè)的安全進(jìn)行，才能夠保證開采的質(zhì)量。當(dāng)前采用的新型支護(hù)方法為錨桿支護(hù)，能夠加強(qiáng)巷道圍巖的整體性，提高支護(hù)的穩(wěn)定性，周邊填充材料的性能和強(qiáng)度也影響著回填的效果。本文對煤礦礦建作業(yè)中支護(hù)的實(shí)際效果進(jìn)行分析，探索煤礦礦建中巷道掘進(jìn)支護(hù)的相關(guān)問題，為提高煤礦巷道的穩(wěn)定性和實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)際參考。