解析煤礦深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

在煤礦開采過程中，經(jīng)常會遇到深部掘進(jìn)作業(yè)的情況，為了確保深部開采的安全性，必須采用錨桿支護(hù)技術(shù)，通過改進(jìn)技術(shù)來確保深部開采的安全性，確保煤礦開采的順利與安全進(jìn)行。在本文中，筆者從煤礦深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)作用的基本原理、監(jiān)控設(shè)計(jì)方法和施工要求等幾方面分析了煤礦深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
　　1 煤礦深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)的作用機(jī)理
　　筆者所在的煤礦，當(dāng)前已經(jīng)開采到地下垂直深度800 m的位置，已經(jīng)屬于深部開采的范圍，而且地下開采的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，主要有砂頁巖、砂巖等組成，是一種復(fù)合型的地層結(jié)構(gòu)，而且構(gòu)造多裂隙層理、圍巖軟發(fā)育等。2012年以來，在深部煤礦開采過程中，總結(jié)出一定的深部煤礦開采經(jīng)驗(yàn)，而且在開采用運(yùn)用了深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)，從而保證了快速煤炭開采的快速掘進(jìn)，有效滿足了煤炭安全生產(chǎn)的要求。下文中，筆者結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗(yàn)，探討該技術(shù)的作用機(jī)理。
　　1.1 影響錨桿支護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定性的因素
　　（1）巷道圍巖的應(yīng)力因素。
　　巖體體內(nèi)的應(yīng)力與煤層的賦存環(huán)境這兩個因素對巖體結(jié)構(gòu)的控制作用有著很大的影響，在一定程度上決定著巖體的控制作用。而我們知道，巷道圍巖的應(yīng)力環(huán)境主要受煤層賦存環(huán)境和工程活動兩種因素的影響。而其中，圍巖的應(yīng)力環(huán)境因素主要包括地下水狀況、煤層傾角、地應(yīng)力與煤層厚度等。影響圍巖巷道應(yīng)力的環(huán)境因素主要包括：第一，巷道埋深；第二，斷面的形狀；第三，采掘應(yīng)力；第四，原巖應(yīng)力等。
　?。?）掘進(jìn)速度與支護(hù)時間。
　　煤礦巷道開挖之后，圍巖的表面是二向受力狀態(tài)，在這種受力條件下，圍巖的徑向應(yīng)力的變化會逐漸增大，在這時，如果不及時進(jìn)行巷道的錨桿支護(hù)，則在圍巖應(yīng)力的作用之下，巷道可能不斷發(fā)生變形。因此，這就要求準(zhǔn)確把握支護(hù)的時間，確保巷道不產(chǎn)生變形。
　　此外，巷道的掘進(jìn)速度與巷道的圍巖和支護(hù)體的力學(xué)狀態(tài)也會產(chǎn)生一定的影響，如果掘進(jìn)的速度太慢的話，則可能造成支架-圍巖共同作用體系遭到破壞，從而影響到煤礦的安全生產(chǎn)作業(yè)。
　　1.2 預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)力學(xué)的基本機(jī)理
　　預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的基本力學(xué)機(jī)理：通過降低錨桿的錨固來減少圍巖的強(qiáng)度。對于圍巖來說，及時進(jìn)行錨固，則可以有效阻止其松動，有效阻止其松動的進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)散，同時也可以靜滴圍巖的強(qiáng)度，最終確保圍巖是是一個整體性較好的結(jié)構(gòu)，提高其承載能力，發(fā)揮圍巖和支護(hù)體的承載作用，兩者共同的承載作用。
　　2 煤礦深部煤炭巷道錨桿的支護(hù)設(shè)計(jì)
　　現(xiàn)階段，比較理想的煤礦深部煤炭巷道錨桿的參數(shù)設(shè)計(jì)方法是一種動態(tài)的設(shè)計(jì)方法，而不是傳統(tǒng)意義上的靜態(tài)設(shè)計(jì)方法。這種動態(tài)的設(shè)計(jì)方法可以對地應(yīng)力常、巷道的穩(wěn)定性等產(chǎn)生一定的英系那個，它的主要理論依據(jù)包括三個方面：一是圍巖變形失穩(wěn)規(guī)律；二是錨桿支護(hù)基本機(jī)理；三是支護(hù)特性。通過現(xiàn)場的勘察，以工程實(shí)例為主要的表現(xiàn)形式，主要的依托手段，其工程準(zhǔn)則的核心內(nèi)容便是解釋實(shí)測與觀測結(jié)果。這種理想的煤礦深部煤炭巷道設(shè)計(jì)方法主要有四個步驟：
　　（1）巖體條件的系統(tǒng)分析。對巷道做細(xì)致的勘察，并認(rèn)真仔細(xì)的分析，通過分析搞清楚圍巖的巖石強(qiáng)度、巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度、構(gòu)造的影響和沉積的變化等。
　?。?）設(shè)計(jì)初步。根據(jù)調(diào)查得到的圍巖巖體條件、構(gòu)造條件、試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)資料，以及同類工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等，同時參考工程類比所確定的支護(hù)結(jié)構(gòu)、形式和參數(shù)層，對巷道的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)設(shè)計(jì)，并根絕工程反饋回來的信息作出修改和完善。
　?。?）礦壓觀測。礦壓的觀測，首先是了解巷道的掘進(jìn)是否與初步的設(shè)計(jì)一致性，從而有效排除掘進(jìn)施工中的影響質(zhì)量的因素。一般情況下，觀測礦壓，采用的是傳統(tǒng)的礦壓觀測方法，通過觀察巷道圍巖的變化與頂板離層量、錨桿受力、錨索應(yīng)力等，對礦壓觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的、細(xì)致的分析，進(jìn)而判斷其與巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的一致性、合理性，對于存在的問題提出修改性的意見，使設(shè)計(jì)不斷得到完善。
　?。?）支護(hù)效果的現(xiàn)場調(diào)查。工程支護(hù)效果的現(xiàn)場調(diào)查分為兩個階段：一是巷道掘進(jìn)時期；二是服務(wù)時期。而調(diào)查的主要內(nèi)容包括：支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用效果、破壞的部位、數(shù)量等。通過現(xiàn)場的調(diào)查，準(zhǔn)確分析和判斷礦壓觀測數(shù)據(jù)，從而得出巷道的穩(wěn)定性結(jié)果。在巷道的掘進(jìn)階段，應(yīng)及時利用巷道穩(wěn)定性的分析結(jié)果、從而完善其初步設(shè)計(jì)；而在服務(wù)階段，則分析調(diào)查的結(jié)構(gòu)是否會對巷道的安全性能產(chǎn)生影響，考察支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性。通過現(xiàn)場調(diào)查結(jié)構(gòu)的分析與論證，改進(jìn)與優(yōu)化巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)、形式與參數(shù)等。
　　在巷道支護(hù)動態(tài)設(shè)計(jì)中，有效利用了當(dāng)前的錨桿支護(hù)理論與經(jīng)驗(yàn)。但是現(xiàn)場的監(jiān)測、信息的反饋等，尤其是海量設(shè)計(jì)信息中的規(guī)律探索，揭示其中的規(guī)律，而這是其他設(shè)計(jì)方法沒有使用過的，無可比擬的優(yōu)勢。
　　3 深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)要求支護(hù)效果分析
　　3.1 掘進(jìn)錨桿的支護(hù)技術(shù)要求
　　深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)的技術(shù)要求和保障措施主要包括三條：第一是短距離掘進(jìn)、快速錨桿支護(hù)和及時支護(hù)，最大的控制頂距離不能夠超過23 m，而頂板破碎時不能夠大于1 m，錨索的施工處理必須緊跟工作面，對于該煤礦深部的設(shè)計(jì)，其參數(shù)的設(shè)計(jì)必須進(jìn)行預(yù)先的設(shè)計(jì)，比如錨索、網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)、錨桿等，均要進(jìn)行預(yù)先的設(shè)計(jì)。第二是錨桿孔采用的是單體風(fēng)動錨桿鉆機(jī)施工技術(shù)，從而保證了三徑匹配的合理性，確?？咨畹恼`差控制在30 mm的范圍內(nèi)，而鉆孔的角度符合施工的要求；此外，在施工之前，必須進(jìn)行清孔作業(yè)。第三，保證錨固力按照規(guī)定的要求進(jìn)行使用，特別是在攪拌過程中，應(yīng)當(dāng)保證錨桿可以達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)緊力。 　　3.2 礦壓觀測與支護(hù)效果的分析
　　第一，圖1所展示的是在掘進(jìn)期間，礦壓觀測與支護(hù)效果的示意圖。從掘進(jìn)期間巷道圍巖表面圍巖的曲線示意圖可以看出，在掘進(jìn)一段時間之后，巷道內(nèi)的變形比較劇烈，而且巷道表面的移近量增加的比較多，但是隨后的變化趨于穩(wěn)定。第二，巷道兩側(cè)的移近量基本趨于穩(wěn)定的時間段是35～39 d這段時間，而最大的有318 mm 的移近量，而平均的移近量為300 mm；巷道底板的移近量在17～28 d之后趨于穩(wěn)定，最大為77 mm，掘進(jìn)期間的平均位移量為65 mm。第三，在巷道掘進(jìn)期間，兩側(cè)的位移量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于頂板的位移量，而且它的穩(wěn)定時間比較長。從這里可以看出，可以有效控制圍巖松動與片幫，控制巷道掘進(jìn)過程中的圍巖變形，把其影響降到最低。
　　3.3 相關(guān)的結(jié)論
　　通過上文中的分析，我們基本上可以得出以下結(jié)論：第一，通過對煤礦深部掘進(jìn)錨固支護(hù)技術(shù)的研究，通過使用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿組合技術(shù)與補(bǔ)強(qiáng)措施，可提高圍巖的承載能力，有效控制圍巖的變形情況，從而實(shí)現(xiàn)煤礦巷道的穩(wěn)定，確保采礦的安全性。第二，巷道組合錨桿支護(hù)技術(shù)對于幫煤體的效果比較好，而且有效保證了其完整性，在巷道的整個服務(wù)時期內(nèi)，通過優(yōu)化維護(hù)的工序，保證綜采面的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，以及綜采面的安全生產(chǎn)。第三，煤礦深部巷道采用錨桿支護(hù)技術(shù)，具有比較顯著的技術(shù)效果，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，通過降低工字鋼梯形的支護(hù)成本與維護(hù)費(fèi)用，使整個巷道的掘進(jìn)成本降低了近1/5。第四，采用動態(tài)設(shè)計(jì)理念來進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，有效克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念不足，在煤礦深部巷道掘進(jìn)的應(yīng)用中具有重要的意義，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破。
　　4 結(jié)語
　　當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級，能源資源的供應(yīng)出現(xiàn)了緊張的局面，在這樣的背景下，探索煤礦深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)，也就有了重要的意義。煤礦的安全生產(chǎn)，對于企業(yè)來說是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的前提。在本文中，筆者結(jié)合自身的理論知識和工作實(shí)際，首先分析了錨桿支護(hù)技術(shù)的基本技術(shù)原理，然后分析了其在煤礦深部掘進(jìn)中的實(shí)際應(yīng)用。最后，筆者通過分析，得出了相關(guān)的結(jié)論。實(shí)踐與理論均證明，該技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用，保證了煤礦開采的安全性。