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　　淮北位于安徽省北部，淮北煤礦所采煤層均為典型的“三軟”煤層。巷道變形量大，有時連最起碼的通風(fēng)斷面都無法保證，掘進(jìn)、回采過程中需進(jìn)行大量修復(fù)，支護(hù)成本高。為改善巷道支護(hù)狀況，降低支護(hù)成本，保證安全生產(chǎn)，自1998年以來，在所屬礦井全面推廣煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)，取得突破性進(jìn)展。

 

　　錨桿支護(hù)因其具有支護(hù)效果好、支護(hù)成本低、工人勞動強度低、作業(yè)環(huán)境好、安全可靠等優(yōu)越性，目前已被國內(nèi)外煤礦、隧道、護(hù)坡所認(rèn)可的主要支護(hù)手段。一些國家對錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了全面的研究，取得了良好的效果。近年來，針對深部高地應(yīng)力、受強烈采動影響、特大斷面巷道等復(fù)雜困難條件，提出了高預(yù)應(yīng)力、強力支護(hù)理論，開發(fā)了強力錨桿、錨索支護(hù)系統(tǒng)，大幅度提高了巷道支護(hù)效果與安全性，并有利于巷道快速掘進(jìn)，使煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展到更高的水平。目前，有些礦區(qū)錨桿支護(hù)率已超過90%，很多礦區(qū)錨桿支護(hù)率達(dá)到60%，使我國煤礦巷道支護(hù)技術(shù)發(fā)展到一個嶄新的階段。

 

　　煤巷掘進(jìn)效率低、機(jī)械不能充分發(fā)揮作用，在很大程度上與配套能力低、配套不完善有關(guān)。巷道掘進(jìn)系統(tǒng)中的主要配套環(huán)節(jié)多、包括支護(hù)、轉(zhuǎn)載、運輸、供電、供水、通風(fēng)、降塵等，要提高煤巷掘進(jìn)效率、充分發(fā)揮機(jī)械化作用，必須提高設(shè)備綜合配套能力，使之進(jìn)一步完善。特別是支護(hù)和運輸工作量大，占用時間多，必須解決好這兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，才能充分發(fā)揮掘進(jìn)設(shè)備的潛力。在縮短支護(hù)時間方面，根據(jù)地質(zhì)條件，盡量采用錨桿支護(hù)，提高巷道支護(hù)效果，減輕工人勞動強度，加快成巷掘進(jìn)速度。

 

　　2.1煤巷錨桿支護(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，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度的提高。組合梁理論充分考慮了錨桿對巖層離層與滑動的約束作用，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。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)生一個均勻壓縮帶，它可以承受破壞區(qū)上部破碎巖石的載荷。

 

　　2.2煤巷錨桿支護(hù)遵循的原則

 

　　一是提高單根錨桿與單根錨索的強度，在保證支護(hù)強度不低于原有支護(hù)強度和巷道安全的前提下，減小錨桿密度，降低單位面積上錨桿數(shù)量，從支護(hù)設(shè)計上提高成巷速度；二是提高錨固系統(tǒng)的整體剛度，增加錨固區(qū)抵抗變形的能力。充分發(fā)揮大扭矩錨桿及高預(yù)緊力錨索的支護(hù)作用；三是大幅度提高錨桿的預(yù)緊力，提高錨桿控制圍巖的早期擴(kuò)容與離層的能力，最大限度地保持錨固煤巖體的完整性和承載能力，避免圍巖產(chǎn)生較大的變形，使其強度過早、過快地降低。設(shè)計錨桿預(yù)緊力應(yīng)達(dá)到其屈服強度的30％～40％；四是提高組合構(gòu)件的強度與剛度。由于錨桿密度降低，錨桿間的距離增大。為了有效控制錨桿之問煤巖的變形、松散、破壞，需要增加鋼帶的強度與剛度。

 

　　3.錨桿支護(hù)作用機(jī)理分析

 

　　3.1錨桿支護(hù)主要作用在于控制錨固區(qū)圍巖的離層、滑動、裂隙張開、新裂紋產(chǎn)生等擴(kuò)容變形與破壞，盡量使圍巖處于受壓狀態(tài)，抑制圍巖彎曲變形、拉伸與剪切破壞的出現(xiàn)，最大限度地保持錨固區(qū)圍巖的完整性，提高錨固區(qū)圍巖的整體強度和穩(wěn)定性。

 

　　3.2在錨固區(qū)內(nèi)形成剛度較大的次生承載結(jié)構(gòu)，阻止錨固區(qū)外巖層離層，改善圍巖深部的應(yīng)力狀態(tài)。

 

　　3.3錨桿支護(hù)系統(tǒng)的剛度十分重要，特別是錨桿預(yù)應(yīng)力起著決定性作用。根據(jù)巷道圍巖條件確定合理的錨桿預(yù)應(yīng)力是支護(hù)設(shè)計的關(guān)鍵。當(dāng)然，較高的預(yù)應(yīng)力要求錨桿具有較高的強度。

 

　　3.4錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散對支護(hù)效果同樣重要。單根錨桿預(yù)應(yīng)力的作用范圍很有限，必須通過托板、鋼帶和金屬網(wǎng)等構(gòu)件將預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散到離錨桿更遠(yuǎn)的圍巖中。鋼帶、金屬網(wǎng)等護(hù)表構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。

 

　　3.5在復(fù)雜困難巷道中，應(yīng)采用高預(yù)應(yīng)力、強力錨桿組合支護(hù)系統(tǒng)，同時要求支護(hù)系統(tǒng)有一定的延伸量。高預(yù)應(yīng)力要求錨桿預(yù)應(yīng)力達(dá)到桿體屈服強度的30%~50%；強力錨桿要求桿體有較大的破斷強度。

 

　　3.6錨索的作用主要有兩方面：一是將錨桿形成的次生承載結(jié)構(gòu)與深部圍巖相連，提高次生承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；二是錨索施加較大預(yù)緊力，擠緊和壓密巖層中的層理、節(jié)理裂隙等不連續(xù)面，增加不連續(xù)面之間的抗剪力，從而提高圍巖的整體強度。

 

　　3.7錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護(hù)和巷道維修。

 

 

　　4.1爆破要求

 

　　4.1.1必須嚴(yán)格制訂爆破圖表，確定合理的爆破參數(shù)。

 

　　4.1.2必須按爆破圖表看線、定點、劃輪廓線、量尺、定眼位。

 

　　4.1.3先按中(腰)線打好第一個正頂眼，然后插木棍導(dǎo)向，保證打眼質(zhì)量符合爆破圖表要求。

 

　　4.1.4周邊眼裝藥采用孔口封泥、空氣柱，其它炮眼封泥長度符合安全規(guī)程規(guī)定。

 

　　4.1.5實行預(yù)留爆破，放炮后人工刷幫。這樣既能剔除最松動的圍巖，又能使巷道壁光滑，減少應(yīng)力集中。

 

　　4.2“三徑”匹配原則

 

　　錨桿安裝必須保證“三徑”即錨桿直徑、錨孔直徑、樹脂藥卷三者合理匹配，這直接影響錨桿的錨固效果及錨桿支護(hù)的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性。實踐表明，鉆孔直徑42mm選配直徑35mm的錨固劑，鉆孔直徑32mm選配直徑28mm的錨固劑，鉆孔直徑28mm選配直徑23mm的錨固劑，效果較好。需要指出的是，在錨固力足夠、錨桿材質(zhì)和錨孔直徑相同時，錨桿直徑越大，錨桿的工作阻力越高；但錨桿直徑加大后，錨桿的材料成本亦隨之增大，而樹脂藥卷用量及成本則相應(yīng)減少。選用哪種錨桿，應(yīng)根據(jù)圍巖性質(zhì)及經(jīng)濟(jì)成本綜合考慮，找出其最佳結(jié)合點。

 

　　4.3錨桿安裝要求

 

　　(1)按照設(shè)計要求，根據(jù)中(腰)線布置錨桿眼。

 

　　(2)錨桿眼的方向與巖層主結(jié)構(gòu)不明顯時，可與巷道輪廓線垂直，眼向偏斜不大于15°；層狀巖石頂錨桿眼應(yīng)與巖石層理垂直。

 

　　(3)錨桿眼的深度應(yīng)與錨桿長度配套，打眼時應(yīng)在釬子上作好標(biāo)記。要求鉆孔深度與錨桿同長或短50mm。

 

　　(4)安裝前，必須用壓風(fēng)將眼孔內(nèi)的積水、煤(巖)粉渣清掃干凈。

 

　　(5)開動風(fēng)動扳手或錨桿鉆機(jī)，在10~15s內(nèi)用錨桿將樹脂藥卷頂入孔底，再攪拌至規(guī)定時間為止。

 

　　(6)攪拌后，攪拌器具須立即停止不動，等錨固劑初凝后方可松下攪拌器具。

 

　　(7)待錨固劑膠凝后，方可剪斷錨桿尾端螺母銷子，一次上緊螺母。

 

　　4.4煤巷錨桿支護(hù)快速掘進(jìn)的技術(shù)手段

 

　　4.4.1發(fā)展掘錨新機(jī)具

 

　　當(dāng)前煤巷快速掘進(jìn)的施工方法為：掘進(jìn)機(jī)割煤--橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)和固定皮帶機(jī)運煤--敲幫問頂--頂錨桿機(jī)打頂眼并安裝、幫錨桿機(jī)打幫眼并安裝，實現(xiàn)一次成巷、及時支護(hù)。就目前的施工工藝而言，影響快速掘進(jìn)的主要因素有兩方面：一是掘進(jìn)機(jī)割煤速度；二是錨桿機(jī)打眼及安裝速度。要實現(xiàn)快速掘進(jìn)，一方面要發(fā)展應(yīng)用大功率掘進(jìn)機(jī)；另一方面要研制新型錨桿鉆機(jī)。

 

　　4.4.2發(fā)展聯(lián)合支護(hù)形式擴(kuò)大應(yīng)用范圍

 

　　穩(wěn)定的圍巖采用單一的錨桿支護(hù)是可行的，但是在受到動壓影響，處于軟巖層中，圍巖容易變形、地層壓力大的不穩(wěn)定圍巖，則必須采用不同的錨桿聯(lián)合支護(hù)。不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定的Ⅳ~Ⅴ類巷道。這類巷道的特點是圍巖破壞范圍和變形量大，除錨桿支護(hù)配合菱形網(wǎng)支護(hù)外，還應(yīng)采取縮小錨桿間排距、配合錨索梁加固、架棚、頂板注漿等特殊手段加強支護(hù)。另外，在跨度較大的巷道交岔點、硐室、切眼開門口和地質(zhì)構(gòu)造破碎帶，單純的錨桿支護(hù)不足以維護(hù)巷道穩(wěn)定，還須用上述手段輔助加強支護(hù)。如果這些問題得以解決，就可以把錨桿支護(hù)作為唯一的頂板支護(hù)方式，實現(xiàn)巷道支護(hù)錨桿化，進(jìn)一步提高巷道的掘進(jìn)速度。

 

　　4.4.3改進(jìn)設(shè)計方法優(yōu)化設(shè)計參數(shù)支護(hù)設(shè)計以往主要是依據(jù)懸吊理論、組合拱理論或擠壓加固理論，采用工程類比法和計算公式法。但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，就一種方法或一個公式不能給出合理的設(shè)計參數(shù)。為解決這一難題，采用以地應(yīng)力為基礎(chǔ)的動態(tài)設(shè)計法，并在此基礎(chǔ)上建立計算機(jī)輔助設(shè)計的專家系統(tǒng)。該方法主要內(nèi)容為“地質(zhì)力學(xué)評估----數(shù)值模擬初始設(shè)計----現(xiàn)場監(jiān)測----利用反饋信息修改設(shè)計”?，F(xiàn)場監(jiān)測非常關(guān)鍵，監(jiān)測取得的數(shù)據(jù)是作為二次修改設(shè)計的依據(jù)，修改設(shè)計后再應(yīng)用于實踐。只有經(jīng)過不斷地改進(jìn)支護(hù)設(shè)計，才能使錨桿支護(hù)更為經(jīng)濟(jì)、合理。

 

　　4.4.4改進(jìn)煤巷錨桿支護(hù)材料錨桿可以采用lv級錨桿專用螺紋鋼加工而成的高性能錨桿，抗破斷強度更高，支護(hù)剛度更大，限制變形更加有力，針對巷道急劇膨脹擴(kuò)容產(chǎn)生的高應(yīng)力控制效果會更有效。錨桿采用新型大托盤(尺寸為200×200mm)、錨索采用400×400mm的大托盤，增大護(hù)表面積，減輕目前所用的普通小托盤與圍巖局部小面積接觸而產(chǎn)生的點載荷作用，防止圍巖擠壓破損，對松散層裂破碎巖體起到較好的維護(hù)效果。新型阻尼螺母能提供較大扭矩，與高性能預(yù)拉力錨桿配套，提高錨桿安裝過程的可靠性，保證支護(hù)系統(tǒng)整體安全可靠。4.4.5加強煤礦施工隊伍人員培訓(xùn)我國煤礦施工隊伍人員素質(zhì)偏低，加上監(jiān)督管理不到位，往往施工質(zhì)量難以保證。因此，重視和加強錨桿支護(hù)技術(shù)人員和施工工人的技術(shù)培訓(xùn)和崗位訓(xùn)練，必然有助于我國煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展和錨桿支護(hù)的普及。

 

 

　　錨桿支護(hù)作為一種有效的采準(zhǔn)巷道支護(hù)方式，對巷道圍巖強度的強化作用，可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性，具有支護(hù)成本較低、成巷速度快、明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件等優(yōu)點，可提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益，因而成為煤礦企業(yè)礦井巷道的一種主要支護(hù)形式，代表了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展方向。