錨桿聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究探討

引言
　　隨著淺部資源的日益減少，我國(guó)有越來(lái)越多的煤礦進(jìn)入深部開(kāi)采。井下開(kāi)采深度的增加，使得高應(yīng)力巷道不斷涌現(xiàn)，在淺部應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)為硬巖特征的巖石，在深部高應(yīng)力狀態(tài)下往往表現(xiàn)為大變形、難支護(hù)的軟巖特征[1]。礦井深部開(kāi)采存在“三高與時(shí)間效應(yīng)”，即深部巖體處于地應(yīng)力高、溫度高、滲透壓高以及較強(qiáng)的時(shí)間效應(yīng)。深部開(kāi)采造成巷道變形明顯、支護(hù)困難，沖擊地壓、煤與瓦斯突出，以及圍巖透水等災(zāi)害較嚴(yán)重，這些問(wèn)題給煤礦生產(chǎn)中的巷道圍巖控制增加了難度。
　　錨桿支護(hù)的適用條件普通單體錨桿只適用于加固穩(wěn)定的巖石巷道或圍巖巖體較完整的巷道，但在圍巖較軟或破碎帶規(guī)模較大的巖巷、煤巷及動(dòng)壓巷道中往往取不到應(yīng)有的效果，導(dǎo)致質(zhì)量事故。隨著煤炭開(kāi)采深度的不斷增加，巷道斷面不斷擴(kuò)大，巷道壓力的不斷加大，冒頂事故時(shí)有發(fā)生，凸現(xiàn)了錨桿支護(hù)中存在的一些問(wèn)題。筆者針對(duì)錨桿支護(hù)中的一些問(wèn)題提出錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)在煤礦巷道中的應(yīng)用提出一點(diǎn)看法，以供同行探討。
　　1.錨桿支護(hù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)分析
　　（1）錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法不科學(xué)雖然已制定煤巷錨桿支護(hù)規(guī)范，但設(shè)計(jì)時(shí)絕大多數(shù)采用工程類比法，支護(hù)形式和參數(shù)確定不盡合理，有可能支護(hù)強(qiáng)度太高，支護(hù)成本大，浪費(fèi)了材料；在松軟、軟弱等特殊地質(zhì)條件下支護(hù)強(qiáng)度也可能不足，出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)劝踩鹿省?
　?。?）錨桿的支護(hù)材料質(zhì)量不能完全達(dá)到要求如鋼材質(zhì)量、加工的螺紋質(zhì)量、樹(shù)脂藥卷質(zhì)量等均直接影響支護(hù)質(zhì)量。
　?。?）錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)儀器與技術(shù)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要常用儀器的精確度、實(shí)用性不盡完善，不能完全反應(yīng)錨桿支護(hù)效果。
　?。?）現(xiàn)有技術(shù)條件下，施工因素是直接影響錨桿支護(hù)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)施工人員對(duì)錨桿支護(hù)理論的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)錨桿的安裝操作質(zhì)量管理不到位，施工達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。如有時(shí)只重視對(duì)頂板的支護(hù)而忽視了對(duì)巷幫和底板的控制，或有些工人技術(shù)不過(guò)關(guān)、責(zé)任心不夠，造成錨桿和錨索支護(hù)強(qiáng)度降低。施工中常見(jiàn)的巷道凹凸不平，錨桿、錨索托板不緊貼巖面，造成錨桿、錨索沒(méi)有預(yù)應(yīng)力而失效。
　　2.錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的研究
　?。?）錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的概念錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)是煤巷巷道掘進(jìn)過(guò)程中的一種主要支護(hù)形式，可以與鋼帶、金屬網(wǎng)、工字鋼梁聯(lián)合使用。合理選擇錨桿參數(shù)及支護(hù)形式，是安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的，能起到提高支護(hù)質(zhì)量和礦山效益、降低成本的作用。錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)是通過(guò)圍巖內(nèi)部發(fā)揮其支護(hù)作用的，其實(shí)就是變巷道被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，提高巷道圍巖的自身承載力。隨著巷道圍巖狀況的不同，錨桿與錨索支護(hù)也具有不同的作用機(jī)理。
　?。?）分析錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)。單根錨桿錨索加固巖體形成錨桿錨索周圍應(yīng)力包，只要錨桿錨索間距、排距適當(dāng)時(shí)，同時(shí)在群錨的作用下.應(yīng)力泡相互疊加，形成巖體內(nèi)承載圈加固帶。對(duì)于開(kāi)掘巷道錨桿錨索支護(hù)，視巖石硬度、完整性、巖體節(jié)理情況、地應(yīng)力、服務(wù)年限及是否受動(dòng)壓影響等因素，而確定錨桿錨索支護(hù)形式，由于偽頂性脆、易碎。直接頂堅(jiān)實(shí)，最常用的是錨桿與錨索、網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)形式。錨桿與錨索、鋼帶抗彎強(qiáng)度小易貼頂承受載荷小，頂板平整時(shí)常用錨桿加固偽頂，錨桿與錨索加固直接頂；錨桿與鋼梁則能承受較大載荷。錨桿桁架是利用拉桿所產(chǎn)生擠壓力減少或消除下位巖層的拉應(yīng)力。形成一種以頂板巖層受壓，拉桿受拉，類似桁架的承載結(jié)構(gòu)，但兩幫圍巖體強(qiáng)度要高，若頂板完整性好，分層厚度又大，應(yīng)該使用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)，利用錨索鋼絞線較長(zhǎng)的特點(diǎn)，在圍巖上部形成一個(gè)能防止其上部圍巖松動(dòng)和變形的加固拱，從而保持巷道支護(hù)的穩(wěn)定性。
　　3.聯(lián)合支護(hù)應(yīng)用案例
　　某礦綜采工作面位于本公司井下位于26125采區(qū)巷左翼的中南部，南部為已采的26123工作面，東部、北部為實(shí)煤，為礦界煤柱，西部為本采區(qū)三條大巷。工作面傾斜長(zhǎng)150m，煤層傾角為3.50～70， 煤層厚度3.3～3.66m，平均為3.53m。煤層直接頂為泥質(zhì)粉砂巖及灰白色細(xì)砂巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。
　　3.1支架控頂區(qū)到煤壁間的支護(hù)設(shè)計(jì)結(jié)合該礦實(shí)際最終確定選擇錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)
　?。?）頂錨桿錨桿長(zhǎng)度可由下式計(jì)算進(jìn)行確定，即L=K（1.1+B/10），式中K為圍巖穩(wěn)定影響因素，因頂板已受采動(dòng)超前壓力影響，取1.4m；B為支架出架通道寬度，取1.8m。由式知錨桿長(zhǎng)度不小于1.79m，故選用公司常用Φ22mm×2200mm螺紋鋼錨桿，根據(jù)煤礦頂板支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，錨桿間排距為800mm×800mm，每根錨桿用三節(jié)樹(shù)脂藥卷。
　?。?）錨索。
　　根據(jù)懸吊理論來(lái)設(shè)計(jì)錨索支護(hù)參數(shù)，結(jié)合煤礦巷道支護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，錨索采用Φ17.8mm×6300mm鋼絞線，錨索間排距為1600mm×1600mm。
　　（3）幫錨桿。
　　采用砼托板配合Φ18mm×1700mm的端頭錨桿為幫錨桿支護(hù)煤壁，幫錨桿間排距為750mm×1100mm。
　　3.2錨桿與錨索的聯(lián)合支護(hù)實(shí)踐
　　運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷均為錨桿配鋼帶支護(hù)巷道，在工作面距上半段停采線6m到停采線時(shí)，不采用鋪金屬頂網(wǎng)和拉設(shè)鋼絲繩來(lái)控制支架頂板，而直接采用錨桿和錨索配鋼帶支護(hù)來(lái)控制支架控頂距離和出架通道。即采煤機(jī)割第一刀煤時(shí)先在煤壁用單體支柱每隔1m打上貼幫柱作為臨時(shí)支護(hù)，用兩臺(tái)錨桿鉆機(jī)（為加快時(shí)間）按錨索支護(hù)的間排距進(jìn)行打眼， 采用方鋼板（長(zhǎng)250mm，寬250mm，厚8mm）沿工作面傾斜布置配合錨索進(jìn)行支護(hù)頂板。割第二刀煤后，按錨桿支護(hù)間距采用錨桿配鋼帶（長(zhǎng)3m，寬0.3m，眼間距0.8m沿工作面傾斜布置）進(jìn)行支護(hù)頂板，錨桿（索）配鋼帶支護(hù)是為防止上一臺(tái)支架撤除后矸石垮落影響下一臺(tái)支架回撤。采用錨索和錨桿交替支護(hù)距停采線1.8m時(shí)停止拉架，用單體推移輸送機(jī)割煤到停采線并支護(hù)到停采線。出架通道頂板最后2排支護(hù)每排均采用錨桿和錨索交替按間排距800mm×800mm進(jìn)行支護(hù)，即打一棵錨桿距離800mm打一棵錨索。錨索和錨桿支護(hù)示意圖，如圖1所示。
　　結(jié)論
　　實(shí)踐表明錨桿、錨索、金屬網(wǎng)等構(gòu)件組合形成懸吊作用、組合梁作用和加固作用，使被錨固巖層形成一個(gè)整體承載結(jié)構(gòu)，改變了下部巖層受力狀態(tài)，提高了巖層自身承載能力，有效地控制巷道圍巖的早期離層，減少巷道圍巖變形，提高了巷道支護(hù)的可靠性，是一種積極主動(dòng)的支護(hù)方式，應(yīng)該大力推廣和廣泛應(yīng)用。