淺析一號(hào)煤礦錨桿支護(hù)問題

　　前言

　　隨著錨桿支護(hù)技術(shù)在我國(guó)煤礦巷道圍巖控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，錨桿支護(hù)的優(yōu)越性已經(jīng)得到了普遍認(rèn)同，錨桿支護(hù)不僅方便，支護(hù)速度快；而且支護(hù)效果明顯，可顯著提高巷道圍巖穩(wěn)定性。雖然錨桿支護(hù)理論及實(shí)踐已日漸完善，但在不同的區(qū)域，不同的礦井，受地質(zhì)條件及材料選擇的影響，錨桿在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些問題，針對(duì)一號(hào)煤礦，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　1 錨桿支護(hù)主要問題

　　通常拱形巷道承壓較好，錨桿問題主要體現(xiàn)在回采巷道矩形斷面支護(hù)上，黃陵一號(hào)煤礦目前使用的錨桿有兩種形式，一種為左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，另一種為玻璃鋼錨桿，規(guī)格均為φ20mm×2100mm，樹脂端錨。

　?。?） 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿用于回采巷道掘進(jìn)頂板及副幫側(cè)支護(hù)。隨著一號(hào)煤礦采掘范圍廣度、深度不斷加大，礦井圍巖地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，加之圍巖應(yīng)力在重新分布后對(duì)巷道擾動(dòng)加大，目前使用的φ20mm×2100mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿時(shí)有出現(xiàn)錨桿托板被壓反甚至螺母壓脫；若錨桿施工角度偏大或者被施工設(shè)備拉彎，錨桿螺母與桿體易形成點(diǎn)接觸，受力后在接觸點(diǎn)易出現(xiàn)裂縫甚至破斷。

　?。?）玻璃鋼錨桿用于回采巷道主幫側(cè)支護(hù)，受回采工作面采動(dòng)壓力影響，目前使用的φ20mm×2100mm玻璃鋼錨桿失效率較高，可達(dá)到50%，具體表現(xiàn)在錨桿螺母及桿體螺紋被壓平螺母脫落，嚴(yán)重的有螺母被壓裂開或桿體直接被壓斷。

　　2 主要問題分析

　　2.1 理論分析

　　巷道圍巖開挖后自我尋找平衡達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定的程度與地質(zhì)條件和工程條件相關(guān)。松散破碎的圍巖也會(huì)自穩(wěn)，即使是松散介質(zhì)，當(dāng)這種介質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)體互相咬合也能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定平衡，這稱之為巷道的自穩(wěn)現(xiàn)象。

　　影響圍巖穩(wěn)定的因素是那些圍巖體中存在拉應(yīng)力的單元；產(chǎn)生塑性破壞的巖體在大多數(shù)情況下仍然視為巖體的承載主體；圍巖頂板的穩(wěn)定是由于巷道頂板中存在有自穩(wěn)隱形拱，自穩(wěn)隱形拱是地下空間上部穩(wěn)定區(qū)域的界面，自穩(wěn)隱形拱將地應(yīng)力分散到巷道兩幫。

　　根據(jù)自穩(wěn)隱形拱理論要點(diǎn)：

　?、馘^桿支護(hù)工作只是保護(hù)一定范圍圍巖的相互咬合，防止自穩(wěn)隱形拱內(nèi)圍巖局部突變，保護(hù)圍巖的外界視覺；

　?、趲湾^桿的有效作用可以消除極限自穩(wěn)隱形拱，縮小圍巖的不穩(wěn)定范圍；

　　③頂錨桿的有效作用可以縮小自穩(wěn)隱形拱，增加頂板的穩(wěn)定性；

　?、苠^桿支護(hù)設(shè)計(jì)中至少要有兩根錨桿深入到自穩(wěn)隱形拱內(nèi)500mm以上并施加預(yù)應(yīng)力。

　　由此可以推斷隨著礦井不斷延伸，礦山壓力顯現(xiàn)日益明顯，加之受相鄰回采工作面采動(dòng)壓力影響，巷道極限自穩(wěn)隱形拱也在隨之逐漸擴(kuò)大，目前使用的錨桿已達(dá)不到消除或縮小極限自穩(wěn)隱形拱的作用，不能有效地維護(hù)頂幫穩(wěn)定性，頂幫圍巖突變也直接對(duì)錨桿造成突然的承載負(fù)荷，極容易達(dá)到桿體的屈服極限，造成錨桿失效或損壞。

　　2.2 材料分析

　　一根合格的錨桿在受力后，要經(jīng)過圍巖變形―錨桿受力后被拉伸―圍巖中積聚的能量隨圍巖變形而釋放―圍巖變形量達(dá)到一定程度后錨桿變形超過其容許量―錨桿受力達(dá)到破斷強(qiáng)度而斷裂―支護(hù)失效。如果錨桿制作有缺陷，存在材質(zhì)選擇問題，弱面，螺紋段強(qiáng)度低等問題，在圍巖發(fā)生變形時(shí)，錨桿因螺紋段先達(dá)到破斷極限而斷裂，此時(shí)錨桿延伸量很小，錨桿不能經(jīng)過“拉伸―圍巖應(yīng)力釋放、泄壓”的過程，而是受力后錨桿在螺紋處迅速被拉斷，從而失去對(duì)圍巖的支護(hù)作用。

　　3 解決方案

　　針對(duì)錨桿存在問題以及分析情況可以看出，左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿問題的解決重點(diǎn)是要消除或縮小巷道極限自穩(wěn)隱形拱，而玻璃鋼錨桿問題的解決重點(diǎn)是增加螺紋及桿體強(qiáng)度。

　　解決左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿問題就必須通過巷道礦壓監(jiān)測(cè)分析了解目前礦山壓力以及采動(dòng)壓力影響下的巷道自穩(wěn)隱形拱分布情況，結(jié)合分布情況適當(dāng)優(yōu)化桿體長(zhǎng)度及桿體直徑，使得桿體能夠有效的深入自穩(wěn)隱形拱內(nèi)，保護(hù)一定范圍內(nèi)圍巖的相互咬合，消除或縮小極限自穩(wěn)隱形拱，防止圍巖局部突變對(duì)桿體造成突然性的破壞。

　　對(duì)玻璃鋼錨桿改進(jìn)可通過增加桿體內(nèi)玻璃絲提高桿體強(qiáng)度，并且必須保證錨桿外露段螺紋承載力不應(yīng)低于桿體破斷強(qiáng)度的95%，在做錨桿延伸率監(jiān)測(cè)時(shí)，整個(gè)錨桿桿體延伸率應(yīng)不低于規(guī)定值，這樣桿體強(qiáng)度和延伸率兩項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)才算合格，錨桿才能適應(yīng)巷道支護(hù)需要。

　　結(jié)論

　　錨桿支護(hù)技術(shù)在過去的幾十年里經(jīng)過不斷發(fā)展，完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已經(jīng)成為礦山支護(hù)的主要技術(shù)手段。然而錨桿規(guī)格、材質(zhì)的選擇還是要根據(jù)地質(zhì)條件以及礦山壓力變化情況，結(jié)合礦壓監(jiān)測(cè)分析及時(shí)合理的進(jìn)行優(yōu)化，也就是說錨桿的選擇應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，礦井延伸不同時(shí)段錨桿技術(shù)參數(shù)及材質(zhì)選擇應(yīng)該是不同的，這樣錨桿支護(hù)才能有效地適應(yīng)不斷變化的礦山條件。