深部巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

   一、前言
　　對(duì)于巷道技術(shù)的發(fā)展和錨桿支護(hù)技術(shù)的研究，會(huì)給我們帶來(lái)很多的實(shí)惠和方便。本文將從對(duì)深部巷道錨桿支護(hù)技術(shù)理論應(yīng)用和實(shí)踐應(yīng)用兩個(gè)大方面進(jìn)行闡述和探討。
　　二、深部巷道錨桿支護(hù)技術(shù)
　　深部巷道開挖巖體，巖體處在高溫、高應(yīng)力、高水壓的復(fù)雜環(huán)境下，深井圍巖的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境有很大變化，所以深部巷道圍巖有其特有的力學(xué)特征。首先是圍巖的區(qū)域破裂化現(xiàn)象；淺部圍巖應(yīng)力狀態(tài)通常可分為塑性區(qū)和松動(dòng)區(qū)以及彈性區(qū)，但這并不適合于深部巷道。研究發(fā)現(xiàn)深部巷道圍巖周圍產(chǎn)生膨脹帶和壓縮帶，也稱之為破裂區(qū)和未破壞區(qū)，交替出現(xiàn)的情形，而且寬度的變化也是按等比數(shù)列遞增，這種現(xiàn)象被稱為區(qū)域破裂現(xiàn)象。第二、圍巖的大變形特性和強(qiáng)流變特性在進(jìn)入深部后巖體變形具有兩種完全不同的趨勢(shì)，第一種是巖體持續(xù)的強(qiáng)流變特性，不僅僅是變形量大，同時(shí)伴隨明顯的時(shí)間效應(yīng)。；第二種是巖體沒有發(fā)生明顯變形，但是破碎嚴(yán)重，處于破裂狀態(tài)，如果按傳統(tǒng)的巖體失穩(wěn)的概念，這種巖體已不再具有承載特性。但實(shí)際上，依然具備承載及再次穩(wěn)定的特性。第三種是深部巖體在高圍壓作用下發(fā)生巖性轉(zhuǎn)化，由脆性轉(zhuǎn)化為延性。
　　支護(hù)措施對(duì)動(dòng)靜載的力學(xué)響應(yīng)特性決定了該支護(hù)系統(tǒng)所能完成的功能，深井硬巖巷道支護(hù)方法的選擇是基于剛性、承載能力和變形或能量消散能力，以及估算的巖體破壞特性和嚴(yán)重程度，它要求所采用支護(hù)方法，在受到高應(yīng)力作用之后，能夠保證圍巖的穩(wěn)定，或者加固功能轉(zhuǎn)化為懸吊功能，從而繼續(xù)保證圍巖的穩(wěn)定性。
　　所以，高應(yīng)力巖層的支護(hù)控制方案，第一支護(hù)結(jié)構(gòu)必須具有良好的延展性，也就是說(shuō)支護(hù)系統(tǒng)沒有讓壓和屈服性質(zhì)，就不可避免發(fā)生破壞。所以必須保持支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定，要求支護(hù)系統(tǒng)在失穩(wěn)后，發(fā)生瞬間先屈服變形，同時(shí)保持一定的抵抗力，在允許最大變形前耗盡釋放的動(dòng)能。第二，深井巷道的失穩(wěn)也是巖體破壞具體表現(xiàn)，靜態(tài)失穩(wěn)條件下常規(guī)支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。第三，支護(hù)設(shè)備還應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
　　1.支護(hù)設(shè)備具有較高的承載能力，即支護(hù)體系的屈服強(qiáng)度較大，遠(yuǎn)超過靜態(tài)平衡所需要的強(qiáng)度。
　　2.支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)巷道的表面覆蓋率增高，深井巷道失穩(wěn)區(qū)域不容易確定。
　　3.支護(hù)系統(tǒng)破壞前允許的巖體位移比較大，因而吸收巖石釋放的動(dòng)能大"在深部巷道失穩(wěn)破壞條件下，設(shè)計(jì)合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)時(shí)，要求在巷道出現(xiàn)破壞之前，必須通過支護(hù)加固來(lái)提高掩體強(qiáng)度，需要保證巖體的完整性，使巖體和支護(hù)共同形成一個(gè)連續(xù)體，進(jìn)一步提高這種加固系統(tǒng)迅速吸收微震能。
　　三、基于地質(zhì)力學(xué)條件確定錨桿支護(hù)方案
　　1.基于三維數(shù)值模擬計(jì)算確定支護(hù)方案
　　三維計(jì)算模型的長(zhǎng)、寬、高分別設(shè)置為120米、100米和100米。模型共劃分89960個(gè)六面體單元，生成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)95530個(gè)。
　　方案一：巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量能達(dá)到70mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量18mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為26mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部5m處水平位移只有5.5mm。
　　方案二：巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量能達(dá)到55mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量13mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為20mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部3.5m處水平位移只有4mm。
　　方案三：巷道開挖并達(dá)到掘進(jìn)穩(wěn)定期后，巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量為20mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量10mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為15mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部3m處水平位移只有2.5mm。
　　方案四：巷道開挖并達(dá)到掘進(jìn)穩(wěn)定期后，巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量為14mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量8mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為12mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部2m處水平位移只有2mm。
　　對(duì)比以上的模擬結(jié)果可以看出：方案一和方案二巷道垂直和水平位移量較大，不能滿足巷道支護(hù)的要求，故不予采納。雖然方案四巷道垂直和水平位移量比方案三小，但二者相差不大，綜合考慮巷道掘進(jìn)速度和經(jīng)濟(jì)因素，決定選擇方案三。
　　四、不同的錨桿支護(hù)方法
　　1.松軟圍巖巷道錨注加固
　　錨桿支護(hù)是通過錨入圍巖內(nèi)部的錨桿，改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在巷道周圍形成一個(gè)整體而有穩(wěn)定的巖石帶，加固圍巖，保持圍巖的完整性和穩(wěn)定性，控制圍巖變形、移動(dòng)和裂隙的發(fā)展，充分發(fā)揮圍巖自身的支承作用，主動(dòng)支護(hù)，有效改善礦井的支護(hù)狀況，具有施工簡(jiǎn)單方便、效率高、成本底、速度快、支護(hù)效果好等特點(diǎn)，已經(jīng)普遍推廣應(yīng)用。不但在巖石巷道普遍應(yīng)用，而且在煤層巷道也在逐步推廣應(yīng)用。
　　在松軟圍巖內(nèi)布置巷道，圍巖變形大，穩(wěn)定性差，維護(hù)困難，費(fèi)用高，而且嚴(yán)重影響礦井的安全正常生產(chǎn)。傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)已不適應(yīng)高應(yīng)力、大變形松軟圍巖巷道，錨注加固是一種理想的改善軟弱圍巖承載性能的措施。錨注加固巷道圍巖是利用空心錨桿作注漿孔管（簡(jiǎn)稱注漿錨桿），注漿錨桿前段是帶若干射漿孔的注漿段，后段是錨固段。松動(dòng)和裂隙發(fā)育的圍巖經(jīng)過錨桿注漿加固后，圍巖強(qiáng)度等力學(xué)性能得到提高和改善，使破裂結(jié)構(gòu)的圍巖膠結(jié)形成拱形連續(xù)體加固圈，同時(shí)注漿錨桿起到懸吊、擠壓、楔固、主合拱等作用，防止圍巖松動(dòng)范圍進(jìn)一步擴(kuò)展，從而使巷道圍巖長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　2.復(fù)合頂煤巷錨帶網(wǎng)加錨索聯(lián)合支護(hù)
　　復(fù)合頂板支護(hù)的難度在于軟夾層（煤線、泥質(zhì)）地質(zhì)面的存在，導(dǎo)致上、下層面間、的結(jié)合力低，普通錨桿的錨固范圍有限、承載能力也受限制，而且軟弱夾層本身的松動(dòng)膨脹也會(huì)對(duì)下位巖石形成較大的垂直載荷，擠壓下位巖層，容易導(dǎo)致頂板跨落。在這類頂板的煤層內(nèi)掘進(jìn)巷道，必須采取補(bǔ)強(qiáng)措施，保證安全生產(chǎn)?！板^桿、鋼帶金屬網(wǎng)”可以發(fā)揮擠壓加固作用，促使錨固范圍內(nèi)的巖石形成一定荷載的整體結(jié)構(gòu)，維護(hù)錨桿長(zhǎng)度范圍的頂板，保持其整體性，阻止上部圍松動(dòng)與變形，錨索則錨固在上部穩(wěn)定的巖體上，由錨索來(lái)承擔(dān)跨落范圍之間內(nèi)的巖層所受的垂直載荷，防止頂板離層。錨索長(zhǎng)度一般進(jìn)入穩(wěn)定巖層lm、間距2m。
　　3.綜合順槽采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)
　　綜放工作面兩側(cè)順槽特定的圍巖條件，其頂板抗壓強(qiáng)度低，受壓后易冒落。頂煤受到地應(yīng)力（上覆巖層的自重應(yīng)力，地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力和采動(dòng)引起的集中應(yīng)力等）的影響時(shí)，容易離層，所以，在錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上，加支一排錨索，使煤體加固帶懸吊于頂板巖石，防止離層冒落。
　　4.綜放面未采錨網(wǎng)支護(hù)
　　綜放工作面設(shè)施尺寸大、噸位重，拆除工藝復(fù)雜，要求的拆除空間較大，對(duì)支護(hù)要較高。綜放末采時(shí)可以用錨網(wǎng)支護(hù)工藝。首先在停采后的工作面煤壁上按照間距1.5m左右、垂直煤壁施工兩排長(zhǎng)度為1.8m左右、?18mm的錨桿；然后在煤壁與頂板肩窩處按照與水平呈45°夾角、間距1.5m左右的要求施工一排長(zhǎng)度為2.5m左右、?20mm的錨桿；再在距工作面煤壁1.0m左右、垂直煤壁施工一排長(zhǎng)度為2.5m左右、?20mm的錨桿。
　　用錨網(wǎng)支護(hù)代替架棚支護(hù)，作為綜放面末采支護(hù)技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、便于快速施工、縮短末采時(shí)間。
　　在具體的生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)因地制宜合理地選擇錨桿支護(hù)形式和結(jié)構(gòu)，達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、效率和效益較高。
　　結(jié)束語(yǔ)
　　 以上是對(duì)巷道技術(shù)的詳細(xì)分析。我們只有實(shí)實(shí)在在的做好各項(xiàng)巷道技術(shù)的深部研究，才能為深部的巷道技術(shù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)；只有不斷的提供新的理論指導(dǎo)，才能促進(jìn)其不斷的發(fā)展。