雷新宇

（汾西礦業(yè)集團調(diào)度指揮部， 山西 介休 032000）

錨桿支護技術(shù)的應(yīng)用是隨著煤礦生產(chǎn)過程中，產(chǎn)量和產(chǎn)率的提升背景下所出現(xiàn)的，在這樣的背景下，煤礦巷道的斷面變得越來越大，這就需要采取更為有效的支護方式。錨桿支護能夠有效地提升煤礦礦道的支護效果，而且在成本方面也相對有所降低，更是能夠為煤礦工作人員提供更加安全的生產(chǎn)環(huán)境，這使得采煤工作能夠高效穩(wěn)定地實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)。

1 錨桿支護技術(shù)的概述

在針對厚煤層進行開采時，一般而言需要對煤層進行充分地分析，然后沿著煤層的基層開始開采挖掘工作，采煤工作面下的運輸巷和回風(fēng)巷，四周都是被煤體覆蓋，這樣的巷道被稱為全煤巷道，由于全煤巷道周圍的巖體都是由松散易破碎的煤塊所構(gòu)成，因此這樣的巷道往往會在支護工作中造成較大的困難。如果采用傳統(tǒng)的棚體支護很容易產(chǎn)生變形，甚至對工作人員的生命安全產(chǎn)生威脅。即使采取其他的支護方式，利用金屬支架的方式，也不能有效地控制四周的煤體發(fā)生形變。

錨桿支護是一種全新的支護方式，是在1996 年開始學(xué)習(xí)和引進國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行大規(guī)模的研究和試驗之余，形成了適應(yīng)我國煤礦生產(chǎn)條件的一項技術(shù)。錨桿支護所采用的方式是主動支護的形式，它能夠?qū)χ車膸r體進行及時的加固，然后對周邊的巖體強度進行強化，這樣所產(chǎn)生的支護效果要遠高于其他的方式。但針對后煤層下的全煤巷道時，采用錨桿支護也有較大的難度。隨著日漸成熟的全煤巷道的應(yīng)用，目前錨桿支護技術(shù)已經(jīng)在我國的巷道內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，并為全煤巷道中的應(yīng)用創(chuàng)造了極為有利的條件[1]。

2 煤礦巷道的結(jié)構(gòu)與錨桿支護技術(shù)原理

在我國針對煤礦巷道的研究過程中，要想合理地利用支護手段對巷道進行支護，就必須要對巷道的整體圍巖變形進行思考。目前針對在巷道回采過程中所面臨的圍巖壓力產(chǎn)生了一種新的研究理論，這一理論被稱為最高水平主應(yīng)力理論。這一理論指出，在開采過程中，兩側(cè)的巖體將會由水平應(yīng)力向巷道的頂部或底部進行轉(zhuǎn)移，而垂直應(yīng)力又會向水平的兩側(cè)轉(zhuǎn)移，這使得巷道開采時的應(yīng)力會在水平與垂直應(yīng)力的中間進行應(yīng)力集中。最終表現(xiàn)是垂直應(yīng)力會導(dǎo)致兩方的巖層遭到破壞，從而出現(xiàn)坍塌或跌落的現(xiàn)象，而水平應(yīng)力會對頂部或底部的巖層造成一定的破壞，在支護時容易導(dǎo)致頂板和底板鼓起。

在煤巷開挖的過程中，由于受到應(yīng)力集中的反應(yīng)，很容易使煤層的應(yīng)力作用變得更大，就會導(dǎo)致煤層在開采過程中變得更加松散易破碎。同時由于集中應(yīng)力的影響，無論是頂部還是水平兩側(cè)的巖層都會降低一定的塑造性以及抵抗應(yīng)力的能力。通過相關(guān)的數(shù)據(jù)模擬以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，在對于煤礦進行開采工作時，開采巷道的頂部會形成類似于矩形的松動區(qū)，這一破壞和松動區(qū)域會使煤層頂部有很大的下沉量。但是即便受到集中壓力的巷道兩幫，雖然在塑性區(qū)方面的深度影響較大，但是并未產(chǎn)生松動或破壞的現(xiàn)象，相對位移量也遠未達到頂部的松動量。

目前應(yīng)用到煤巷開采中的錨桿支護理論，有懸吊理論、組合梁理論和加固成型拱理論。相關(guān)研究表明，僅應(yīng)用普通的錨桿支護來對周邊的圍巖進行加固，很難提高圍巖的最大承載能力，但是如果加入預(yù)應(yīng)力錨桿則會由于其預(yù)應(yīng)力大于其他的錨桿應(yīng)用。這使得即便圍巖在產(chǎn)生塑性破壞后，依然能夠有效地利用圍巖的殘余強度來提升承載力，避免巷道由于承載力較低而受到可塑性破壞。利用螺紋鋼錨桿來使錨桿在固定區(qū)域范圍內(nèi)的巖體能夠形成組合性質(zhì)的支護體，這樣的錨桿支護能夠有效地提升自己的約束力和抗剪能力。這將使得塑性破壞后的煤體還具備很強的承載能力，即便圍巖發(fā)生變形也能夠提高整個巷道的煤體承載，便能夠有效防止頂部煤體由于松動而出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象。在針對全煤巷道進行支護時，其最為關(guān)鍵和困難的地方是針對頂部的支護和治理，如果頂部的煤層能夠穩(wěn)定地持續(xù)時，整個巷道的結(jié)構(gòu)也會長期保持穩(wěn)定。錨桿支護在整個結(jié)構(gòu)中所起到的作用便是利用錨固的長度來實現(xiàn)對周圍巖體的軸向和橫向約束，這樣便能夠阻止由于煤塊之間的變形運動而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)發(fā)生錯位變形，利用錨固結(jié)構(gòu)之間的整體性，來提高頂部煤體的抗變形能力和承載能力。

在針對某些特殊的開采巷道時，例如巷道的頂板為層狀的煤體或是松散的煤體時，需要采取聯(lián)合支護的方式。利用金屬網(wǎng)的方式將錨桿進行連接，能夠有效地提到支護結(jié)構(gòu)的整體架構(gòu)能力，對頂部煤層的加固作用顯著提高。另外前文提到，在全煤巷道的頂板，容易出現(xiàn)由于頂煤與加固結(jié)構(gòu)的離層而導(dǎo)致煤層下沉。這樣的錨桿頂部將不能有效地承載頂板壓力，此時要利用錨索來對頂部進行加固，錨索的深度逐漸提升能夠有效地提高錨桿結(jié)構(gòu)的整體承載能力。這樣便能夠避免頂部煤層由于與頂板之間產(chǎn)生空隙，而導(dǎo)致冒落現(xiàn)象的發(fā)生。

3 錨桿支護技術(shù)的應(yīng)用

3.1 使用范圍

錨桿支護并非應(yīng)用在一切的巷道開采工作中，而是要結(jié)合具體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及巷道類型來選擇適當(dāng)?shù)闹ёo方式錨桿支護通常適用于準(zhǔn)備巷道、回采工作面的順槽和開切眼、綜合開采工作面的收尾工作或者巷道的交叉點。在錨桿支護的應(yīng)用過程中，我國針對這一支護技術(shù)的研究從起步開始所采取的應(yīng)用策略是由易到難。在針對錨桿支護技術(shù)的研究過程中，先從頂板開始研究，最后到整個巷道的選點試驗，目前已經(jīng)達到了較大范圍的技術(shù)推廣。在這一過程中，需要對施工技術(shù)人員加以培訓(xùn)錨桿支護技術(shù)的應(yīng)用，通過對這些數(shù)據(jù)的分析以及錨桿支護的適應(yīng)性來進行不斷總結(jié)和提升，這樣便能夠使錨桿支護技術(shù)在不斷試驗的過程中實現(xiàn)大范圍的應(yīng)用。目前錨桿支護技術(shù)已由最為普通的巷道開展，發(fā)展到綜合開采巷道以及工作面的應(yīng)用中，對于開切眼、尾巷收尾和開采工作都有著較大作用的應(yīng)用[2]。

3.2 錨桿支護結(jié)構(gòu)簡介

由于錨桿支護結(jié)構(gòu)，目前在實際應(yīng)用的過程中已經(jīng)面臨不同的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及煤層的特殊情況要進行綜合的分析以及具體的應(yīng)用。因此在實際使用的過程中，所采取的結(jié)構(gòu)形式有單體錨桿支護、錨網(wǎng)支護、錨帶錨網(wǎng)錨索組合的支護方式。具體的選擇與應(yīng)用要考慮到實際的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和開采環(huán)境，盡可能地提高支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。

3.3 錨桿支護的影響因素

錨桿支護結(jié)構(gòu)的選擇以及應(yīng)用有著諸多影響元素其中包括巷道埋深、節(jié)理裂隙間距和分層厚度、煤層厚度、直接頂厚度、煤柱厚度，這些因素都影響著錨桿支護的形式以及具體應(yīng)用時的一系列參數(shù)。巷道埋深要考慮到對錨桿的密度直徑和長度的選擇，巷道埋深逐漸增加，就應(yīng)當(dāng)增加錨桿的密度直徑和長度，這樣才能使得錨桿的承載力滿足巷道的實際需求。節(jié)里裂隙間距和分層厚度的減少將會降低支護結(jié)構(gòu)頂板的穩(wěn)定性，這樣就需要將錨桿的數(shù)量和分布范圍進行編排，增加數(shù)量減小錨桿間的距離，甚至有時會采取組合錨桿和金屬網(wǎng)的方式進行支護。錨桿的密度和長度也應(yīng)當(dāng)隨著煤層的厚度不斷增加，以提高支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而直接頂厚度的增加，則需要反之減少錨桿的數(shù)量，增大錨桿間的距離。煤柱的寬度對錨桿的支護形式和數(shù)量有著極大的影響，當(dāng)煤柱的寬度減少到具體標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)當(dāng)增加對頂板錨桿的根數(shù)和長度，這樣便能夠有效提高錨桿支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。除此之外，在具體的錨桿支護形式以及結(jié)構(gòu)的選擇和確定過程中，要通過多項理論的計算和分析，以及實際的模擬測試后進行具體數(shù)據(jù)的確定，通過多次試驗來保證錨桿支護，能夠滿足最終煤礦開采的實際需求。

4 結(jié)語

煤巷支護工作對于煤礦的生產(chǎn)而言有著極為重要的意義，它能夠為生產(chǎn)工作提供良好的環(huán)境，傳統(tǒng)的支護方式是利用棚式支護來完成巷道的支護。但是隨著科技和時代的不斷發(fā)展，這一支護方式明顯無法適應(yīng)生產(chǎn)需求，很容易為生產(chǎn)和相關(guān)工作人員帶來威脅。在這樣的情況下，錨桿支護技術(shù)成為了目前生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此本文將探討錨桿支護技術(shù)的相關(guān)要點以及具體運用，為我國的煤礦生產(chǎn)發(fā)展提供幫助。