【摘要】隨著煤礦開(kāi)挖深度的不斷增加，巷道支護(hù)面臨著重大問(wèn)題，本文從錨桿錨索支護(hù)的作用原理、當(dāng)前煤礦巷道支護(hù)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題，以及錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的分析這三個(gè)方面對(duì)錨桿錨索在煤礦巷道支護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。
一、前言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤作為主要的能源面臨的需求也越來(lái)越大，煤礦作為生產(chǎn)煤炭的主體行業(yè)也面臨著向深部開(kāi)發(fā)的問(wèn)題，隨著開(kāi)挖深部的增加，巷道的支護(hù)面臨諸多困難，為了提高支護(hù)強(qiáng)度，提高安全性，我們需要對(duì)錨桿支護(hù)在煤礦內(nèi)部的應(yīng)用進(jìn)行分析。
二、錨桿錨索支護(hù)的作用原理
錨桿錨索是直接作用在巷道圍巖的巖石內(nèi)部，不同于以往的木支護(hù)以及工字鋼支護(hù)，用通俗的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，就是從過(guò)去的在圍巖外部的被動(dòng)支護(hù)變?yōu)閲鷰r內(nèi)部的主動(dòng)支護(hù)，這樣可以減少巷道變形，提高支護(hù)的承載力。由于巷道圍巖的地質(zhì)條件不同，錨桿錨索支護(hù)的形式也有相應(yīng)的變化，使得作用機(jī)理也各不相同。現(xiàn)如今主流的的錨桿支護(hù)原理主要有以下幾種：懸吊理論、組合梁(拱)理論、錨桿桁架支護(hù)理論等。
懸吊理論適用于老頂較為穩(wěn)定的巖層中，將錨桿與老頂通過(guò)樹(shù)脂膠進(jìn)行相連接，從而將直接頂懸吊起來(lái)對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)；組合梁(拱)理論主要是通過(guò)將各個(gè)錨桿應(yīng)力作用區(qū)相連接進(jìn)而形成穩(wěn)定的拱，提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度。在利用錨桿錨索支護(hù)時(shí)，由于錨桿錨索支護(hù)的作用強(qiáng)度以及剛度均大于圍巖的變形值，同時(shí)在支護(hù)時(shí)改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)加強(qiáng)對(duì)裂隙以及破碎巖石的擠壓，增加錨桿的抗剪強(qiáng)度，從而增大圍巖自身的承載能力。
例如進(jìn)行平巷掘進(jìn)，在平巷掘進(jìn)之后，由于直接頂缺乏支撐，將會(huì)發(fā)生沉降變形，此時(shí)可以通過(guò)錨桿錨索以及托盤(pán)將直接頂懸吊起來(lái)，將直接頂?shù)淖冃沃缔D(zhuǎn)化為錨桿對(duì)老頂?shù)睦Γ岣咧苯禹數(shù)姆€(wěn)定性，使得巖層可以形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。錨桿錨索的支護(hù)作用效果比較的復(fù)雜，不能簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的用一個(gè)理論進(jìn)行解釋?zhuān)绕涫窃阱^桿錨索對(duì)圍巖巖石的加固作用效果上，其主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
錨桿錨索通過(guò)樹(shù)脂膠等膠體與巖層進(jìn)行穩(wěn)定的連接，提高了巖層的抗拉強(qiáng)度，將巖層變?yōu)橐粋€(gè)整體。
通過(guò)錨桿錨索與穩(wěn)定巖層相連，可以將不穩(wěn)定巖層懸吊起來(lái)，增加對(duì)不穩(wěn)定的支護(hù)作用效果。
由于錨桿錨索可以起到一定的抗剪作用，可以減少巖層離層的發(fā)生，增加巖層之間的摩擦力，使得巖層形成組合梁，提高了巖層的穩(wěn)定性。
錨桿錨索作用在巖層中，可以改變巖層的受力狀態(tài)，提高圍巖巖層自身的承載能力，促進(jìn)圍巖巖石與錨桿錨索共同作用。
三、當(dāng)前煤礦巷道支護(hù)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題
1.錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
就目前看來(lái)，我國(guó)的不少煤礦開(kāi)采的深度已達(dá)到1000余米之上，不僅僅開(kāi)采深度大，而且地質(zhì)構(gòu)造及其復(fù)雜，存在礦井災(zāi)害發(fā)生的可能性，給煤礦的開(kāi)采帶來(lái)了很大的困難。但在不斷地技術(shù)改革和大量的資金投入，新型的技術(shù)和材料被應(yīng)用到巷道支護(hù)中，為煤礦巷道支護(hù)技術(shù)提供了很大的保障。目前，就應(yīng)用范圍而言，錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)由穩(wěn)定的巖層、靜壓巷道、全巖巷道發(fā)展到了松軟破碎巖層、動(dòng)壓巷道、采區(qū)煤巷；就錨桿的種類(lèi)而言，也有了很大的改善，從木錨桿發(fā)展到了多種多樣的金屬錨桿，例如高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力螺紋鋼錨桿；就支護(hù)形式而言，錨桿支護(hù)的形式由單一的錨桿支護(hù)發(fā)展到現(xiàn)在的錨網(wǎng)帶及錨索等多種方式聯(lián)合支護(hù)。這都大大推動(dòng)了錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，使得錨桿支護(hù)達(dá)到了97.15%的應(yīng)用率。
2.錨桿支護(hù)存在的問(wèn)題
雖然煤礦公司在巷道支護(hù)方面投入了很大的支持，但巷道支護(hù)技術(shù)仍存在很大的問(wèn)題。其主要表現(xiàn)可概括為以下幾點(diǎn)：
(1)隨著礦井深度的不斷增加和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性的增加，使得巷道的壓力也越來(lái)越大。復(fù)雜的地質(zhì)條件極可能留下煤柱、采區(qū)煤柱、斷層構(gòu)造帶煤柱造成應(yīng)力集中，就會(huì)增加煤礦巷道的支護(hù)難度，由于開(kāi)采的進(jìn)行錨桿從托盤(pán)拉斷或者跟隨煤體移動(dòng)，也都會(huì)造成巷道的支護(hù)困難。
(2)當(dāng)前的深部巷道圍巖破壞機(jī)理仍然存在很大的問(wèn)題，需要更多的理論研究來(lái)支持和完善相應(yīng)的控制工作。
(3)當(dāng)前仍然采用工程比擬法來(lái)對(duì)巷道的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)，沒(méi)有形成一個(gè)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)輔助系統(tǒng)和巷道支護(hù)合理性評(píng)價(jià)系統(tǒng)來(lái)支撐錨桿支護(hù)工作，也就無(wú)法保證巷道的最佳效果和煤礦的安全經(jīng)濟(jì)效益。
(4)軟巖破碎帶等地點(diǎn)錨網(wǎng)噴二次支護(hù)理論無(wú)法在深部動(dòng)壓影響區(qū)、構(gòu)造壓力帶、軟巖破碎帶等特殊條件下使用，仍需進(jìn)一步研究。
(5)當(dāng)前使用的支護(hù)材料普遍采用螺距較大、鎖緊力低的全螺紋錨桿，并且經(jīng)受到大震動(dòng)(如：放炮)后易出現(xiàn)松動(dòng)的情況，還有其他一些材料和器械都不適應(yīng)煤礦深部的巷道條件，無(wú)法滿(mǎn)足所需的支護(hù)條件。
四、錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的分析
1.錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)。一些綜放工作面其頂扳抗壓強(qiáng)度較低，受壓后易冒落，所以用—般懸吊理論(將頂板懸吊于直接頂)所設(shè)計(jì)的錨桿往往較長(zhǎng)(2．5m以上)而失去實(shí)際意義。由于錨桿支護(hù)的作用長(zhǎng)度的限制，如果需要的錨桿長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用錨索支護(hù)以彌補(bǔ)錨桿不足的情況，這樣承載能力較強(qiáng)。由于錨索可以彎曲，所以可以運(yùn)用到錨桿孔較深的巖石支護(hù)中。將巷道開(kāi)挖后，裂縫與圍巖擴(kuò)張所產(chǎn)生的碎脹力作為支護(hù)的主要對(duì)象，圍巖狀態(tài)不同，松動(dòng)圈的大小也不同。如果錨桿支護(hù)作用形成的壓縮圈厚度小于松動(dòng)圈的厚度時(shí)，錨桿的懸吊作用將會(huì)減少，造成頂板的垮落，此時(shí)，如果采用錨桿錨索支護(hù)可以提高作用范圍，減少直接頂?shù)目迓?，提高直接頂?shù)某休d能力，這樣形成的壓縮圈的厚度也較大，在較大預(yù)應(yīng)力的作用下，把上部穩(wěn)定巖層和下部組成的巖層梁再組合在—起，每根錨索周?chē)纬傻膲嚎s區(qū)域彼此重疊，在復(fù)合頂板中形成—個(gè)厚度更大的均勻連續(xù)壓縮帶，各巖層面互相擠壓層，而摩擦大大增加，使復(fù)合頂板形成拱粱，從而有效的提高了頂板的整體性、穩(wěn)定性，加強(qiáng)了頂板的自承能力。
2.施工技術(shù)要求
在進(jìn)行巷道支護(hù)施工時(shí)主要有以下幾個(gè)要求：第一，在進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用光面爆破的方式進(jìn)行開(kāi)挖，這也可以減少支護(hù)時(shí)對(duì)巷道斷面的維護(hù)量，為支護(hù)創(chuàng)造比較有利的條件。第二，在進(jìn)行錨桿錨索支護(hù)之前應(yīng)當(dāng)采用前探梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。第三，在進(jìn)行錨桿孔鉆探時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保鉆探角度以及深度，確保支護(hù)的作用效果。第四，及時(shí)的處理錨桿孔內(nèi)的粉塵，以及孔壁上的煤粉。第五，安裝錨桿時(shí)，應(yīng)當(dāng)用錨桿機(jī)將錨桿與樹(shù)脂膠卷進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，以保證錨桿與巖層進(jìn)行充分的粘結(jié)，達(dá)到錨固的效果。第六，在錨桿底部應(yīng)當(dāng)安裝托盤(pán)，并且托盤(pán)應(yīng)當(dāng)與巖層進(jìn)行緊密的接觸。第七，在進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用專(zhuān)門(mén)的拉桿將支架形成一個(gè)整體，增加支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
3.聯(lián)合支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)分析情況
如果單純的采用錨桿支護(hù)，這樣支護(hù)所花費(fèi)的成本較高，同時(shí)施工時(shí)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度比較高，施工工藝比較復(fù)雜，支護(hù)效率比較低，而采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)可以很好的解決這些問(wèn)題。根據(jù)以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，相比于簡(jiǎn)單的支護(hù)，花費(fèi)的費(fèi)用較少，如果支護(hù)的范圍越廣，節(jié)省的費(fèi)用就比較的多，這樣還可以提高支護(hù)的安全系數(shù)。同時(shí)，還可以減少巷道通風(fēng)阻力系數(shù)，減少通風(fēng)的費(fèi)用消耗，明顯的改善工人的工作環(huán)境。在這里強(qiáng)調(diào)下高強(qiáng)螺紋鋼錨桿的支護(hù)，因?yàn)閺?qiáng)力錨桿材料費(fèi)用高，施工難度較大，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建議利用高強(qiáng)錨桿并結(jié)合強(qiáng)力錨桿支護(hù)中的加長(zhǎng)錨固、球形墊、尼龍墊、錨桿預(yù)緊力較高的特點(diǎn)進(jìn)行支護(hù)。
五、結(jié)語(yǔ)
綜合上述介紹以及比較，我們可以看出，錨桿錨索支護(hù)在煤礦巷道支護(hù)中占有著較大的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐數(shù)據(jù)也可以證實(shí)，錨桿錨索支護(hù)具有著施工操作方便，支護(hù)強(qiáng)度高，支護(hù)作用范圍廣的特點(diǎn)，減少巷道返修次數(shù)和難度，提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性，完全可以滿(mǎn)足巷道的支護(hù)需求，具有較高的可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。
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