摘要：錨桿支護(hù)作為一種有效的采準(zhǔn)巷道支護(hù)方式，由于對圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化作用，可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性，加之成巷速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、提高巷道斷面利用率、簡化回采面的端頭維護(hù)工藝，明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件，成為礦井巷道的主要支護(hù)形式，得到了大力推廣應(yīng)用。本文筆者經(jīng)過多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對煤巷錨桿支護(hù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景進(jìn)行探討，并從中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有存在的問題。
1錨桿支護(hù)技術(shù)
錨桿支護(hù)技術(shù)是一種柔性加固技術(shù)，它能充分利用巖土體自身的承載力保持巖體的穩(wěn)定，使加固體不被破壞，它本質(zhì)就是通過錨固加強(qiáng)巖土體的整體性，控制開挖后巖土體的變形，避免應(yīng)力的突然釋放，從而保證工程順利、安全地進(jìn)行。由于各種錨桿的構(gòu)造不同，錨桿作用機(jī)理差異甚大，國內(nèi)外大量工程實(shí)踐證明，各種不同種類錨桿，在不同的地質(zhì)條件下，有不同的“支護(hù)”效果。國內(nèi)外錨桿支護(hù)成功的經(jīng)驗(yàn)表明，合理的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及詳細(xì)的監(jiān)測分析，不僅可保證回采巷道的安全可靠，而且可取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2我國煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與存在的問題
我國80年代開始向英國學(xué)習(xí)錨桿支護(hù)技術(shù)后推廣到煤巷支護(hù)，90年代又向澳大利亞學(xué)習(xí)引進(jìn)成套先進(jìn)的錨桿支護(hù)技術(shù)，目前已得到較廣泛的推廣和應(yīng)用。在一些礦區(qū)的錨桿支護(hù)巷道比例達(dá)到90%以上，有些礦井甚至達(dá)到了100%，取得了較好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)現(xiàn)有楔縫、漲殼、倒楔錨桿、鋼絲繩或鋼筋砂漿錨桿、木錨桿、竹錨桿、內(nèi)漲錨桿、管縫錨桿、樹脂錨桿、水泥錨桿、爆擴(kuò)錨桿、預(yù)應(yīng)力注漿大錨索等十幾個(gè)系列品種。但我國煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)還存在如下問題。
2.1對錨桿支護(hù)技術(shù)的理論認(rèn)識有待提高
近年來，國內(nèi)外對錨桿支護(hù)技術(shù)提出了最大水平應(yīng)力理論。這一理論是由澳大利亞學(xué)者蓋爾提出的。該理論認(rèn)為礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性，其最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的1.5～2.5倍，因此煤巷頂板的穩(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響。但該理論在應(yīng)用中還存在著如下兩個(gè)問題：
（1）在支護(hù)參數(shù)的確定過程中，圍巖破壞區(qū)域的位置及其大小是最重要的依據(jù)，但此理論在判斷圍巖狀態(tài)時(shí)，是基于圍巖的水平應(yīng)力最大且頂部破壞區(qū)域最大這一情況的。顯然，在實(shí)際中，這種情況是不易滿足的。
（2）圍巖破壞區(qū)的確定相當(dāng)困難。該理論在應(yīng)用時(shí)，只要求測出地應(yīng)力和巖石的力學(xué)參數(shù)，但是，對這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量本身就是一個(gè)世界性難題，而這兩個(gè)參數(shù)與圍巖破壞區(qū)之間的關(guān)系更是難以判斷。
2.2煤巷錨桿桿體材料有待改進(jìn)，錨桿機(jī)具配套設(shè)施還有待完善
目前我國錨桿支護(hù)中常用的錨桿桿體材料是鋼材，它的強(qiáng)度及韌性有限，抗腐蝕性能極差，這些特性都限制了更高強(qiáng)度錨桿的發(fā)展，增加了工程應(yīng)用成本，在以后的研究中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注新材料方面的發(fā)展，將更多的性能更好、成本更低的材料引入錨桿支護(hù)系統(tǒng)中。
錨桿機(jī)具性能是決定錨桿安裝質(zhì)量與施工速度的關(guān)鍵。澳大利亞不僅重視研制各種具體用途的錨桿結(jié)構(gòu)型式，而且極為重視錨桿鉆裝機(jī)的不斷研制更新。我國目前雖然電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)和液壓錨桿鉆機(jī)都有，但性能結(jié)構(gòu)不盡合理，零部件質(zhì)量和整機(jī)性能都急需進(jìn)一步完善與提高，至于掘錨聯(lián)合機(jī)組，更有待進(jìn)一步加緊研制與試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)掘支平行作業(yè)，提高成巷速度。
2.3錨桿監(jiān)測儀器與監(jiān)測技術(shù)需要提高
監(jiān)測是監(jiān)督施工質(zhì)量、保證錨桿支護(hù)安全可靠的重要手段。我國錨桿支護(hù)的質(zhì)量控制與煤巷施工管理環(huán)節(jié)十分薄弱，目前，我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)正處于轉(zhuǎn)折期，法制不健全及有法不依的現(xiàn)象十分普遍，這也直接導(dǎo)致了一起起悲劇的發(fā)生。所以，在工程實(shí)踐中，相關(guān)部門應(yīng)努力提高勞動(dòng)者素質(zhì)，加強(qiáng)監(jiān)督。
3我國錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展前景
3.1進(jìn)一步完善錨桿支護(hù)理論和技術(shù)
錨桿支護(hù)有諸多種理論，但這些理論與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展適應(yīng)性較差。所以有必要在進(jìn)一步深入研究巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，探索錨桿支護(hù)理論。中國礦業(yè)大學(xué)針對煤礦巷道的錨桿支護(hù)首先提出了圍巖松動(dòng)圈理論的。該理論認(rèn)為巖土體在開挖之后，原始的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)遭到破壞，圍巖會(huì)進(jìn)行應(yīng)力重分布。在新的應(yīng)力狀態(tài)下，圍巖的強(qiáng)度低于其所受應(yīng)力的部分就會(huì)發(fā)生屈服破壞，這些破壞部分就組成了圍巖松動(dòng)圈。而錨桿的作用就是限制圍巖松動(dòng)圈發(fā)展過程中的有害變形，使圍巖仍處于穩(wěn)定、不破壞的狀態(tài)。此理論中，錨桿支護(hù)參數(shù)是基于圍巖松動(dòng)圈的范圍提出的，而松動(dòng)圈范圍可以用聲波測試等方法進(jìn)行確定。但是，該理論沒有考慮圍巖與支護(hù)的相互作用問題，對圍巖松動(dòng)圈的確定問題也沒有提出明確的解決方法。
最近，中國礦業(yè)大學(xué)礦山壓力研究所又提出了圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論。該理論認(rèn)為錨桿的作用是強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度，限制圍巖塑性區(qū)寬度、破碎區(qū)寬度和巷道表面位移的發(fā)展，從而起到加固的作用。該理論為合理地確定錨桿的支護(hù)參數(shù)提供了理論依據(jù)。但是錨桿支護(hù)參數(shù)與圍巖強(qiáng)度之間關(guān)系的定量描述仍有待進(jìn)一步研究。
3.2提高錨桿支護(hù)的防腐功能，完善錨桿施工配套機(jī)具
由于鋼制錨桿在地層中極易受到腐蝕，導(dǎo)致錨桿的延伸率的損失要遠(yuǎn)大于極限承載力的損失，從而使得錨桿在發(fā)生破壞之前難以測得明顯的變形，極易發(fā)生突發(fā)性的事故。其實(shí)，錨桿的防腐可以采用外套注滿填充料的護(hù)管或護(hù)套的方法，例如，根據(jù)錨桿防護(hù)等級的要求，暴露在空氣中的錨頭部分可外套過度管或錨具罩進(jìn)行保護(hù)；對于存在高應(yīng)力區(qū)的自由張拉段，應(yīng)采用注入水泥漿的光滑塑料管或注入油脂的護(hù)套進(jìn)行保護(hù)；而錨固段則應(yīng)外套注入水泥漿的波形管或采用注漿措施進(jìn)行處理，
完善的錨桿施工配套機(jī)具是錨桿施工的高效性的前提條件，也是錨桿支護(hù)技術(shù)得到快速發(fā)展的重要原因，工程中應(yīng)用較多的是奧鋼聯(lián)合喬伊公司生產(chǎn)的掘錨聯(lián)合機(jī)組，另外，我國的施工機(jī)具的設(shè)計(jì)、研發(fā)與生產(chǎn)也已取得了可喜的成果，目前，由無錫探礦機(jī)械廠、宣化英格索蘭工程機(jī)械有限公司和東北巖土工程公司等單位生產(chǎn)的鉆孔直徑從65～165mm的巖錨鉆機(jī)，以及冶金部建筑研究總院研制的YM160步履式土錨鉆機(jī)均具有良好的工作性能。
3.3錨桿支護(hù)監(jiān)測技術(shù)及設(shè)計(jì)方法的進(jìn)一步提升
錨桿支護(hù)實(shí)施于井下后，要進(jìn)行綜合監(jiān)測，以驗(yàn)證初始設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，并為修正初始設(shè)計(jì)提供依據(jù)。目前錨桿支護(hù)的綜合監(jiān)測內(nèi)容有：采用十字布點(diǎn)法監(jiān)測表面位移、采用頂板離層指示儀測試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值、錨桿測力計(jì)測量錨桿（索）錨固端部和全長的工作阻力。日常監(jiān)測的內(nèi)容有：錨桿錨固力抽檢、頂板離層、錨桿預(yù)緊力矩檢測。隨著地理信息系統(tǒng)及全球定位系統(tǒng)在錨桿監(jiān)測中的廣泛應(yīng)用，錨桿監(jiān)測正在朝著自動(dòng)化、全天候、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的方向發(fā)展，這不僅大大地促進(jìn)了預(yù)測技術(shù)的發(fā)展，也使錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)過程更加合理。
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