煤礦錨桿支護技術現(xiàn)狀與展望

1 國內外錨桿支護技術的現(xiàn)狀
　　1.1 美國煤礦的錨桿支護技術現(xiàn)狀
　　除中國以外，美國是世界上第二大產煤大國，也是較早把錨桿作為煤礦頂板主要支護方式的國家之一。目前，美國是世界上錨桿使用數(shù)量最多，錨桿支護技術最成熟、最先進的國家。錨桿的作用是可以有效地控制圍巖，加強圍巖的穩(wěn)定性，美國幾乎在煤層中布置了其所有井下巷道，錨桿支護每年被應用在約26 000km的煤巷中。美國利用先進的技術手段，使錨桿的生產效率居于世界首位。據(jù)統(tǒng)計，美國每年只有不到10人死于頂板冒落，可見其錨桿支護技術應用非常成熟，可靠性很強。
　　1.2 澳大利亞煤礦的錨桿支護技術現(xiàn)狀
　　澳大利亞擁有居于世界領先水平的錨桿機具裝置研制水平，現(xiàn)在主要集中精力發(fā)展特種錨桿：如注入式錨桿、采區(qū)高預應力錨桿和纖維增強塑料錨桿（其重量僅為鋼材的1/4，剛度卻比鋼材還要高）等。關于安裝錨桿機具，如新型錨桿安裝機ABM20，一次可同時安裝六根頂板錨桿；旋扭預緊裝置，通過在螺母和托板加承壓滾珠，承載達到90kN左右。
　　1.3 德國煤礦的錨桿支護技術現(xiàn)狀
　　德國普通錨桿支護達到8%~20%的移近量，可拉伸錨桿和滑動錨桿的極限移近量可達到30%~35%?，F(xiàn)在影響德國煤炭工業(yè)發(fā)展的一個主要因素是長壁工作面采區(qū)煤巷掘進速度滯后，煤巷每掘進一米，需要安裝兩根煤壁錨桿和六根頂板錨桿，每班安裝錨桿的根數(shù)也會變化。由于連續(xù)采礦機在煤礦中被廣泛應用，導致錨桿安裝速度跟不上工作面回采速度，某些煤礦逐漸采用了位置變換開采法。
　　1.4 南非煤礦的錨桿支護技術現(xiàn)狀
　　由于南非大多數(shù)礦井煤層頂板是硬砂巖頂板，頂板條件好，比較容易支護，錨桿安裝速度很快，不影響采煤作業(yè)。南美一些煤礦安裝了頂板巖層監(jiān)控系統(tǒng)以防煤層頂板出現(xiàn)局部冒落，這樣有效維護了礦井安全生產。
　　1.5 我國煤礦的錨桿支護技術現(xiàn)狀
　　我國錨桿支護起始于上世紀50年代，1956年，一些煤礦開始使用剛砂漿無托板錨桿和機械端錨，這類單體錨桿僅適合于穩(wěn)定的巖石巷道，不適合用于圍巖較軟的煤巷。上世紀80~上世紀90年代，我國進入了以錨梁網(wǎng)和錨帶網(wǎng)為代表的組合錨桿支護階段，由于錨桿支護勞動強度低，經(jīng)濟效益高，對破碎巖體的加固效果好，因此，我國煤礦中開始廣泛應用錨桿支護技術。到1998年，煤巷中錨桿支護比重已達到20％以上。由于我國煤礦的軟巖地層分布廣泛，即使在服務年限內，很多巷道的圍巖變形量都很大，有的甚至冒落無法再利用。因此，推動錨桿支護技術發(fā)展的關鍵在于研究開發(fā)可以有效控制高應力、采動和軟巖等大變形巷道的錨桿支護技術。
　　與國外相比，我國錨桿支護的主要缺點在于錨桿可靠性差、錨固力低等，因此提高錨桿性能、開發(fā)具有高阻力、急增阻和強初撐力學特性的錨桿支護，是控制高應力、軟巖大變形巷道的有效途徑，也是國內錨桿支護的主要發(fā)展方向。
　　2 我國錨桿支護技術發(fā)展中出現(xiàn)的問題
　　2.1 對錨桿支護機理認識不夠
　　現(xiàn)在采用的錨桿設計方法，如加固拱、組合梁和懸吊等理論都是針對一般巷道提出的。目前，還沒有專門針對煤巷的特殊條件，建立起符合煤巷自身特點的設計方法與支護原理，特別是在軟巖或全煤條件下，沒有成熟的巷道圍巖支護設計要求。因此，現(xiàn)在很多技術標準都是依據(jù)經(jīng)驗制定的，缺乏科學依據(jù)，導致施工和設計中存在一定盲目性。所以，有必要進一步深入研究巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎上，結合煤巷獨有的特點，不斷探索、創(chuàng)新煤礦錨桿支護理論。
　　2.2 錨固劑與錨桿質量低
　　錨固劑的質量指標是決定支護可靠性的關鍵，錨桿的力學性能與其結構和材質緊密相關。我國煤礦井下使用的錨桿的延伸率和強度偏低，因此，錨桿支護既不能適應煤巷圍巖的變形，也不能為巷道圍巖提供較大的支護阻力，導致巷道頂板容易產生離層或錯動。另外，由于錨桿質量低，煤巷每掘進一米的需要安裝更多的錨桿，極大的影響巷道的掘進進尺。
　　2.3 錨桿機具結構性能有待提高
　　錨桿機具性能是決定施工速度和錨桿安裝質量的關鍵。目前，雖然我國具有液壓、風動和電動錨桿鉆機，但其整機性能和零部件質量有待進一步完善和提高。
　　2.4 需要提高錨桿監(jiān)測儀器與檢監(jiān)測技術
　　監(jiān)測是保證錨桿支護可靠性和監(jiān)督施工質量的重要手段。我國很重視錨桿支護的檢測工作，研制出了如超聲波圍巖裂縫探測儀、錨固力測定儀等監(jiān)測儀器，但其功能不全、性能不高，尚未形成成套的綜合檢測技術。雖然，我國已經(jīng)開展監(jiān)測工作，但是監(jiān)測所起的指導和反饋作用沒有很好的體現(xiàn)出來。這主要是因為管理和施工人員的綜合素質差，理論水平低，對檢測的重要性認識不夠。
　　3 對煤礦錨桿支護技術的展望
　　3.1 繼續(xù)完善煤礦錨桿支護理論與技術
　　錨桿支護理論很多，但這些理論與實際應用技術的發(fā)展適應性較差。所以，有必要結合煤礦自身特點，不斷探索煤礦錨桿支護理論，提高煤巷錨桿形式與參數(shù)選擇的實用性和科學性。我們要不斷消化吸收國外先進的錨桿支護理論和設計方法，學習先進的煤巷錨桿支護的工程監(jiān)控設計方法，根據(jù)我國實際，發(fā)展科學合理的錨桿支護技術，提高煤巷錨桿支護設計方法的實用性和科學性。
　　3.2 發(fā)展掘錨新機具
　　根據(jù)當前的施工工藝，主要有兩方面因素影響快速掘進：一方面是錨桿機打眼及安裝速度；另一方面是掘進機割煤速度?，F(xiàn)行煤巷快速掘進施工方法的主要矛盾是掘進工作面的開機率較低，支護時間過長，影響單進水平的提高。加快煤巷錨桿支護單進速度的有效手段是發(fā)展掘錨聯(lián)合機組，實現(xiàn)“掘支錨一體化”平行作業(yè)。因此，發(fā)展掘錨新機具將是我國煤巷快速掘進的一個發(fā)展方向。
　　3.3 進一步研究錨桿支護監(jiān)測技術
　　要對煤礦井下的錨桿支護進行綜合監(jiān)測，驗證初始設計的可靠性和合理性，并為修正初始設計提供依據(jù)。在日常工作中，很多必要的監(jiān)測工作并沒有順利進行，導致監(jiān)測效果大打折扣。但是，監(jiān)測的重要性不置可否，所以在日后的工作中，一方面要加緊研究錨桿支護監(jiān)測技術；另一方面，要提高人員素質，使其清楚監(jiān)測的重要性，以便實時、有效地對煤礦錨桿支護進行監(jiān)測，保證安全生產。
　　結論
　　煤礦錨桿支護技術看似簡單，實際上是一項非常復雜的系統(tǒng)工程，影響支護效果的因素很多。所以，我們應該積極學習國外先進的煤礦錨桿支護理論與技術，并結合本國實際，不斷完善我國煤礦錨桿支護理論與技術，提高錨桿支護的可靠性，確保煤礦安全生產。