淺談桃園煤礦錨桿支護應(yīng)用過程見解

概述
　　桃園煤礦已經(jīng)投產(chǎn)19年，礦井投產(chǎn)時生產(chǎn)采區(qū)是一采區(qū)和二采區(qū)，這兩個采區(qū)的地質(zhì)條件較好，地應(yīng)力顯現(xiàn)不明顯。煤及半煤巖巷支護形式以架工字鋼棚為主，巖巷以錨噴為主。1997年開始在二采區(qū)82煤層試用錨桿支護（圓鋼錨桿、水泥藥卷）。隨著礦井開采范圍的不斷延伸，礦井地質(zhì)構(gòu)造日趨復(fù)雜，礦壓顯現(xiàn)逐漸劇烈。特別從1999年開采72煤層工作面以來，礦井軟煤巖巷道施工急劇增多，但支護問題一直沒有得到很好解決，長期造成巷道前掘后改，浪費了大量的人力、物力、財力以及無效的生產(chǎn)準備時間，導(dǎo)致采掘接替更加緊張，礦井安全生產(chǎn)更嚴峻。如何解決軟巖支護問題，成為擺在我礦廣大技術(shù)工作者面前的一道迫切需要解決的難題。
　　1 錨桿支護應(yīng)用過程
　　為了尋求一條解決軟巖巷道72煤巷道支護的有效途徑，我礦廣大科技人員不斷摸索，走了一條迂回曲折的支護道路，先后采用了架工字鋼棚、架工字鋼雙棚、錨梁、錨帶網(wǎng)、錨帶網(wǎng)索、錨帶網(wǎng)索加套棚、錨注等多種支護形式，但支護效果始終不理想。2004年在準備7244工作面時，掘進6隊從6月10日開始施工7244里段機巷420m，支護形式為錨帶網(wǎng)索套棚復(fù)合支護，施工到切眼下口時間是12月20日，施工時間達半年多，期間停頭修復(fù)時間2個多月，巷道內(nèi)積水、淤泥多，巷道壓力大，底臌和幫、頂位移速度很快，前三個月內(nèi)監(jiān)測兩幫累計變形達1420mm，平均變形為16.75mm/日，頂?shù)装謇塾嬜冃芜_770mm，平均變形為5.06mm/日。風(fēng)巷由掘進14隊施工，里段采用錨帶網(wǎng)索套棚復(fù)合支護，外段采用架棚和注化學(xué)漿加固，該隊從掘進進尺開始，工作面回采后一直在風(fēng)巷進行修復(fù)維護，工作面支架拆除收作后該掘進隊才撤走。長期在這種困難條件下施工，職工干勁不高，斗志不強，出現(xiàn)畏難情緒，整個隊伍處于一種精神低迷狀態(tài)，根本無法很好地完成礦上下達的任務(wù)。同時巷道綜合支護成本高、掘進和回采安全威脅大。通過7244工作面掘進巷道問題分析，我們認識到，如果不下大的決心解決軟巖支護問題，礦井的可持續(xù)、健康發(fā)展就無從談起。于是在05年度，我們先后在7244外機巷采用了錨帶網(wǎng)索噴注支護技術(shù)，在7245機風(fēng)巷采用全封閉U型鋼棚與錨注復(fù)合支護技術(shù)，取得了可喜的效果。
　　我們吸取開拓準備巷道易受采動壓力影響而破壞的實際情況，不斷加強永久巷道支護強度，淘汰了圓鋼水泥錨桿，全部采用直徑20mm，長度2m以上的高強度螺紋鋼錨桿。在北八運輸大巷過落差420m的斷層破碎帶施工時，打破設(shè)計常規(guī)，采用錨注與架全封閉U型鋼棚支護技術(shù)，過斷層段巷道兩幫變形量不足100mm，頂?shù)装鍥]有收縮變化，取得了最為明顯的支護效果。
　　隨著我礦采場深度的沿深，二水平達到-800m，出現(xiàn)了深部開采大斷面軟巖硐室，采用錨網(wǎng)碹體聯(lián)合支護的馬頭門掘出不到一年就產(chǎn)生變形和破壞，以及采用一次錨網(wǎng)支護的泵房、變電所等硐室圍巖強烈變形的困難局面。在深入開展桃園礦深部開采巷道圍巖穩(wěn)定性調(diào)查，掌握深部開采巷道實際的變形破壞特征，分析巷道破壞失穩(wěn)機理的基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，詳細分析大斷面硐室支護承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，研究結(jié)構(gòu)補償對支護承載性能的作用。提出深井大斷面軟巖硐室高強穩(wěn)定型支護技術(shù)，即利用高強預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)支護，提高淺部破碎圍巖的殘余強度，并與淺部圍巖形成可靠的組合拱承載結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)支護承載結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)的原因，采用帶梁錨索裝置將錨索支護與高強預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)支護耦合為一體，利用錨索對高強錨網(wǎng)支護組合拱進行結(jié)構(gòu)補償，改善組合拱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高錨網(wǎng)支護與圍巖形成組合拱的承載能力。上述高強預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)支護+錨索結(jié)構(gòu)補償支護耦合成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)，在考慮支護強度的同時，提高支護承載結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而大大提高錨網(wǎng)索高強穩(wěn)定型支護控制圍巖變形的效果。高強穩(wěn)定型支護技術(shù)核心是采用二次高強錨網(wǎng)支護與圍巖共同作用形成支護強度可靠的承載結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)巷道圍巖斷面的形狀、移動變形特征、圍巖狀況，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)計算和數(shù)值模擬，分析錨網(wǎng)支護承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在高強錨網(wǎng)支護的基礎(chǔ)上，針對支護承載結(jié)構(gòu)的薄弱部位采用帶梁錨索，對高強錨網(wǎng)支護與圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)補償，提高支護―圍巖承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。采用該技術(shù)后通過現(xiàn)場觀測，桃園礦深部開采大斷面泵房、變電所頂、底板移近量均控制10mm左右，兩幫移近量控制在30mm左右，圍巖移動變形得到有效控制。
　　目前，我礦已基本確立了二水平巖巷采用采用二次高強錨網(wǎng)支護與圍巖共同作用形成的支護體系，煤巷錨桿支護采用錨帶網(wǎng)索聯(lián)合支護體系。
　　2 礦井對煤巷錨桿支護認識
　　錨桿支護技術(shù)成熟， 施工簡單， 經(jīng)濟效益明顯， 已成為井巷工程的主要支護方式。發(fā)展錨桿支護已成為我礦推行重大支護技術(shù)革命。傳統(tǒng)的錨桿支護理論主要有： 懸吊理論、組合拱理論、組合梁理論。它們都是以一定假說為基礎(chǔ)的， 各自從不同的角度、不同的條件論述了錨桿支護的作用機理， 并得到了國內(nèi)外的廣泛承認和應(yīng)用。
　　我認為在巷道支護方式的選取上， 絕不可生搬硬套，更不會有適合于任何巷道的支護方式； 而應(yīng)該仔細分析地質(zhì)特征， 準確觀測巖性的變化， 以便及時采用合適有效的支護方式。與此相反， 如果在實際生產(chǎn)中， 只是簡單套用錨桿支護設(shè)計， 就可能由于錨桿支護失效而引起冒頂事故的發(fā)生， 嚴重的將會導(dǎo)致人員的傷亡。
　　錨桿機具性能是決定錨桿安裝質(zhì)量與施工速度的關(guān)鍵。 我礦相應(yīng)集團公司號召，極為重視錨桿鉆、裝機的不斷更新， 如新型MQT-130 錨桿機不僅鉆眼速度快， 并扭矩大能保證安裝的錨桿錨固可靠， 有足夠的預(yù)緊力， 因而保證了錨桿支護的高質(zhì)量與高速度。而目前雖然電動、風(fēng)動和液壓錨桿鉆機都有， 但性能結(jié)構(gòu)不盡合理， 零部件質(zhì)量和整機性能都急需進一步完善與提高。 在綜掘煤錨巷上掘錨聯(lián)合機組， 能參考國外先進技術(shù)進一加緊研制與試驗， 以實現(xiàn)綜掘巷道掘支平行作業(yè)， 提高成巷速度。 　　監(jiān)測是監(jiān)督施工質(zhì)量、保證錨桿支護安全可靠的重要手段。錨桿支護是一項隱性工程， 因而更需要及時可靠和行之有效的施工檢測與跟蹤監(jiān)測。我礦雖然也十分重視錨桿支護監(jiān)測工作， 先后采用了一些監(jiān)測儀器， 但性能不高、功能不全， 尚未形成系列配套的綜合監(jiān)測技術(shù)。例如監(jiān)測巷道收斂時普遍使用鋼卷尺、皮尺，效率低、精度不高，能采用精度較高的防爆測距儀，可減輕工人勞動強度、提高監(jiān)測效率、精度。 采用綜合測量技術(shù)， 運用數(shù)字式儀器對錨桿（錨索）變形、巷道頂板離層狀況、頂板來壓情況等監(jiān)測，通過對測得的錨桿（錨索）局部性能結(jié)果的詳細研究， 可對支護系統(tǒng)工作狀況的好壞和安裝質(zhì)量的可靠度進行評估。如果有問題， 那么可根據(jù)反饋的信息進行二次設(shè)計， 從而使錨桿（錨索）強度或錨桿（錨索）密度和錨桿（錨（下轉(zhuǎn)第313頁）（上接第260頁）索）長度更為合理。錨桿支護監(jiān)測是設(shè)計與施工質(zhì)量及安全工作的重要保證， 因此， 必需加大監(jiān)測儀器儀表的改進， 盡早完善監(jiān)測手段， 規(guī)范監(jiān)測內(nèi)容。
　　人是一切工作計劃的制定者和執(zhí)行者， 人是最重要的資源， 人的管理是最難的管理。無論從結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量上乘的錨桿到性能優(yōu)良的錨固劑， 還是從靈活高效的錨桿鉆裝機具到靈敏精密的監(jiān)測儀器儀表， 都需要人來操作， 人去完成。我礦施工隊伍人員素質(zhì)偏低， 加上監(jiān)督管理的局限， 往往施工質(zhì)量保證困難。因此， 重視和加強錨桿支護技術(shù)人員和施工工人的技術(shù)培訓(xùn)和崗位訓(xùn)練， 必然有助于我礦錨桿支護技術(shù)的發(fā)展和錨桿支護的普及。
　　3 結(jié)語
　　我礦錨桿支護經(jīng)過19年的發(fā)展， 應(yīng)用范圍已擴展到受動壓影響的回采巷道、軟巖巷道、破碎或復(fù)合頂板巷道及工作面開切眼和大斷面碉室； 錨桿支護的種類、結(jié)構(gòu)形式及規(guī)格層出不窮； 而錨桿支護設(shè)計方法卻比較單一， 即普遍采用工程類比法， 因而不可避免地帶有一定的盲目性； 錨桿支護工作是一項看似簡單、實則復(fù)雜的系統(tǒng)工程， 影響支護效果與成敗的因素很多， 因此， 分析不同種類錨桿結(jié)構(gòu)的作用原理， 考察不同設(shè)計方法的特點， 探討影響支護效果的主要因素， 明確錨桿支護技術(shù)與設(shè)計方法的發(fā)展方向及工作重點， 對推動我礦錨桿支護技術(shù)的發(fā)展與錨桿支護形式的普及， 提高施工速度， 發(fā)展高產(chǎn)高效礦井， 降低成本， 促進我礦質(zhì)量經(jīng)濟效益的提高有著深刻的現(xiàn)實意義。