淺析錨桿支護技術(shù)及其應(yīng)用

一、煤巷錨桿支護應(yīng)用現(xiàn)狀
　　
　　由于錨桿支護經(jīng)濟效益顯著，勞動強度低，對破碎巖體的加固效果較u型鋼被動支護效果好。因而，在煤礦中得到廣泛的應(yīng)用。但煤礦的軟巖地層分布十分廣泛，加之占煤礦75％采準巷道還要經(jīng)受采動的頻繁影響，大部分巷道服務(wù)年限內(nèi)的圍巖變形量都很大，有的甚至冒落無法再利用。因此，研究開發(fā)有效的控制高應(yīng)力、軟巖和采動等大變形巷道的錨桿支護技術(shù)已成為推動錨桿支護技術(shù)的關(guān)鍵。

二、影響深部高應(yīng)力巷道錨桿支護的幾個方面
　　
　　(一)錨桿種類的選擇
　　錨桿種類的選擇主要是錨桿的材質(zhì)、直徑、延伸素、讓壓性能、預(yù)緊力的選擇比較以及錨固劑的選擇。隨著近幾年國內(nèi)外各種錨桿的不斷發(fā)展，提供了一定的選擇空間。
　　1　錨桿的讓壓性能。深部高應(yīng)力巷道錨桿支護的成功與否與錨桿是否具有足夠的高位讓壓性能具有很大的關(guān)系。目前，讓壓錨桿大體上可分為兩類：一種是機械式讓壓錨桿，即通過給錨桿增加一定附屬裝置或改進錨桿的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)；另一種是通過改進錨桿的材質(zhì)或桿體形狀，提高錨桿的延伸率，滿足圍巖應(yīng)力釋放的特種錨桿。
　　2　錨桿的預(yù)緊力。較高的錨桿預(yù)緊力可以提供錨桿相應(yīng)的支護應(yīng)力，阻礙圍巖的變形。對于深部高應(yīng)力巷道的錨桿支護，施工扭矩為400～600N?m，可以提供30～70KN的預(yù)緊力。目前，增大錨桿預(yù)緊力的辦法，主要是通過增大螺母與托盤的接觸面積和摩擦因數(shù)來實現(xiàn)。例如，在螺母和托盤之間增加阻尼墊圈可提高預(yù)緊力，使用帶有環(huán)形防松墊的快速安裝扭矩螺母也可提高安裝扭矩。
　　3　錨固劑的選擇。由于目前高強錨桿的桿體直徑大都在22mm左右，甚至達到25mm，使用傳統(tǒng)的錨固劑進行攪拌，是比較困難的，應(yīng)選用低黏度的錨固劑。初期高強讓壓錨桿的錨固劑應(yīng)盡量選擇兩塊，第一塊應(yīng)選擇快速或超快速錨固劑，保證錨桿的初期安裝應(yīng)力的迅速試驗，第二塊應(yīng)選用中速或慢速錨固劑，保證錨桿的長時錨固力。在保證錨固力的情況下，兩塊錨固劑的長度應(yīng)盡量減少，以保證錨固劑與托盤之間自由桿體的長度，適應(yīng)圍巖碎脹變形離層能量對空間的需求。二次錨桿應(yīng)選用中速或慢速錨固劑，并盡量進行全長錨固。
　　
　　(二)斷面選擇
　　對于深部高應(yīng)力巷道的錨桿支護，在進行斷面選擇時，必須考慮巷道的服務(wù)年限和頂?shù)装鍘r性進行慎重選擇。對于服務(wù)年限較長的開拓、準備巷道，應(yīng)盡量選用承壓效果好的圓弧拱斷面。對于回采巷道，頂板完整性較好的巷道，可采用梯形斷面；復(fù)合頂板或破碎頂板的巷道，應(yīng)采用承壓性效果較好的斜切圓拱形斷面。斜切圓弧拱高一般為巷道寬度的2／5～1／4，斜切圓拱形巷道上肩窩部高度達到煤層頂板，巷道下幫墻高根據(jù)設(shè)計要求進行設(shè)計，掘進過程中通過控制中部高度實現(xiàn)拱高控制。通過實驗，該斷面承壓效果比梯形斷面要好，缺點是巖石掘進量要大，在一定程度上影響掘進速度。
　　
　　三、煤巷錨桿支護設(shè)計方法
　　
　　(一)現(xiàn)有錨桿支護設(shè)計方法的評價
　　目前煤巷錨桿支護設(shè)計主要以工程類比法和理論分析法為主，不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)實際需要，主要表現(xiàn)在如下兩個方面：第一，用于設(shè)計的基礎(chǔ)參數(shù)是巷道周圍某幾個點(甚至僅一個點)的綜合地質(zhì)技術(shù)資料的平均值，設(shè)計出的錨桿參數(shù)為整條巷道服務(wù)。一方面導(dǎo)致巷道絕大部分區(qū)域設(shè)計的錨桿參數(shù)過高，不但浪費了大量材料，增加了支護成本，也降低了巷道的掘進速度；另一方面又使巷道的某些局部地質(zhì)技術(shù)條件變化區(qū)域設(shè)計的錨桿支護參數(shù)不足，引發(fā)局部冒頂事故。第二，依據(jù)的基礎(chǔ)性參數(shù)缺乏定量化評價指標，導(dǎo)致錨桿支護參數(shù)設(shè)計缺乏科學(xué)、合理和確定性。盡管近年來出現(xiàn)的錨桿支護動態(tài)設(shè)計法已在我國部分礦區(qū)得到實踐，但實際應(yīng)用效果并不理想。因此，需要使用更可靠的煤巷錨桿支護設(shè)計方法，保證設(shè)計的可靠性。
　　
　　(二)煤巷錨桿支護“全線信息跟蹤”設(shè)計方法
　　該設(shè)計方案摒棄了其他設(shè)計方法的缺點，是一種全新的設(shè)計理念與現(xiàn)代信息技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物。設(shè)計步驟如下：
　　1　全面分析基礎(chǔ)地質(zhì)技術(shù)數(shù)據(jù)，不是取各項參數(shù)的平均值，而是將其分成最佳條件和最差條件。
　　2　用工程類比法確定錨桿的初始參數(shù)。
　　3　不斷進行現(xiàn)場實測，獲得應(yīng)力、圍巖、支護三者相互作用結(jié)果的綜合信息。
　　4　根據(jù)實測信息，進行支護效果評價。
　　5　依據(jù)支護效果評價，用計算機重新設(shè)計巷道待掘進部分的錨桿支護參數(shù)，并及時調(diào)整已支護部分的設(shè)計參數(shù)。
　　與已有的設(shè)計方法相比，該設(shè)計方法優(yōu)點有：設(shè)計的針對性強，設(shè)計的可靠性高，可以預(yù)測巷道頂板圍巖的穩(wěn)定性，有利于科學(xué)化管理，工程質(zhì)量易于保證，簡化了設(shè)計基礎(chǔ)的采集工作。
　　
　　四、煤巷錨桿支護需注意的幾個問題
　　
　　1　沿頂板掘進，實行光面爆破，以不破壞頂板和少震動巷幫煤體、特別是煤幫為原則，以保證巷道頂板和兩幫的平整，防止巷道周邊應(yīng)力集中，以滿足巷道自身的穩(wěn)定性。
　　2　在斷面設(shè)計上，要確保巷道有足夠的掘進斷面，允許巷道有一定的變形量。
　　3　在巷道布置上，要綜合考慮護巷煤柱的留設(shè)寬度，盡量避免將巷道布置在采動壓力集中區(qū)域內(nèi)。
　　4　根據(jù)煤巷的特點，選擇合理的支護參數(shù)和支護形式。在支護形式上，可采用錨桿、錨網(wǎng)、錨噴、錨網(wǎng)噴等形式。在支護參數(shù)方面，關(guān)鍵是要確定錨桿的合理長度和排間距，錨桿長度一般應(yīng)大于煤巖松動圈0.2～0.4m，以適應(yīng)動壓對巷道的影響，對破碎的煤巖應(yīng)采用全長錨固錨桿，以對錨桿周圍的煤巖有一個固定作用。錨桿的排間距應(yīng)根據(jù)錨固力大小，梁網(wǎng)結(jié)構(gòu)強度，掘進后巷道圍巖松散破碎情況和朔性變形大小確定，一般為0.6～0.8m。錨桿必須要有托護結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生一定的托錨力。沒有托錨力的注漿鋼絲繩鋪桿由于不能形成主動支護，因而不能用于煤巷支護。
　　5　由于煤巷大都采用平頂型斷面，巷道上下幫頂端由于受剪應(yīng)力影響，因此頂板錨桿不宜全部垂直于頂板方向布置，而將靠巷道兩幫的頂板錨桿改成向幫有一個傾斜角度的布置，使錨固端超過兩幫非有效承載寬度，從而使錨固端受到兩幫的有效支撐。
　　6　圍巖出現(xiàn)弱面，特別是出現(xiàn)沿煤巷走向方向的弱面時，必須采用特別加固措施，以防止在弱面處發(fā)生剪切破壞，造成事故。
　　
　　結(jié)論
　　煤巷支護有架棚、料石砌碹、錨桿等一系列支護形式，架棚和料石砌碹等支護是被動支護，由于成本高、進度慢、消耗體力大、支護效果差等原因逐漸被淘汰。而錨桿支護在煤礦巷道支護中占主導(dǎo)地位，是唯一能實現(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟的一種支護形式。