煤礦巷道錨桿支護(hù)有效性的施工影響因素及控制措施

　　錨桿是煤礦巷道經(jīng)常使用的支護(hù)方式之一，也是眾多學(xué)者研究的對(duì)象，經(jīng)過(guò)多年的研究，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)理論也逐漸趨于成熟，但很多情況下，錨桿理論上的支護(hù)效果往往低于實(shí)際支護(hù)效果，造成一系列的冒頂事故，如2019年1月12日，陜西省神木市百吉煤礦發(fā)生井下冒頂事故，造成21人遇難。2018年9月19日，江西煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司安源煤礦發(fā)生一起冒頂事故，造成2人死亡。2017年1月17日，山西省朔州市中煤擔(dān)水溝煤礦4203工作面發(fā)生冒頂事故，造成9人死亡。筆者有幸利用假期實(shí)踐機(jī)會(huì)，參與山西某煤礦的巷道掘進(jìn)工作，現(xiàn)就錨桿施工過(guò)程中誘發(fā)其支護(hù)有效性降低的原因進(jìn)行分析，為錨桿支護(hù)有效性的控制提供參考。
　　1 錨桿支護(hù)有效性的施工影響因素
　　1.1 錨桿鉆孔深度控制不合理
　　目前煤礦巷道支護(hù)所用錨桿以端錨預(yù)應(yīng)力錨桿為主，錨桿端部一定長(zhǎng)度螺紋鋼與圍巖體通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂藥卷錨固在一起，外端施加托盤、螺母，通過(guò)預(yù)緊螺母給錨桿施加預(yù)緊力。在施工錨桿鉆孔時(shí)，鉆孔深度的控制對(duì)錨固長(zhǎng)度的控制至關(guān)重要，當(dāng)鉆孔深度太深時(shí)，錨桿端部無(wú)法接觸孔底，樹(shù)脂藥卷在攪拌時(shí)發(fā)生“臥底”現(xiàn)象，使錨固段的有效長(zhǎng)度縮短，進(jìn)而降低錨桿的錨固力，降低圍巖的錨固強(qiáng)度;當(dāng)鉆孔深度太淺時(shí)，錨桿外露長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)外露長(zhǎng)度超過(guò)螺紋段長(zhǎng)度后，錨桿螺母就無(wú)法預(yù)緊安裝，造成錨桿的失效，圍巖強(qiáng)度無(wú)法得到保證。
　　1.2 錨桿安裝角度不合理
　　在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中，每根錨桿都是有其自己獨(dú)特的作用，尤其是巷道頂角、底角的傾斜錨桿，在防止頂板的剪切破壞、底板的隆起變形具有重要作用，但由于該類錨桿采用傾斜布置，頂角錨桿與水平面成60°左右的夾角向上安裝，底角錨桿與水平面成30°左右的夾角向下安裝，在錨桿施工中，由于錨桿鉆機(jī)重量較大，工人控制其鉆孔角度較難，尤其是底角錨桿的安裝，由于需要斜向下鉆孔，返渣能力降低，鉆進(jìn)速度較慢，影響巷道施工工期，工人往往私自將錨桿安裝角度調(diào)小，使得已安裝的錨桿不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的力學(xué)性能，威脅巷道頂板的安全。
　　1.3 三徑匹配不合理
　　錨桿支護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，其支護(hù)效果往往受到多種因素的共同影響，其中，錨桿直徑、鉆孔直徑、樹(shù)脂藥卷直徑這三者的匹配程度就直接決定著錨桿錨固力的大小，合理的匹配要求為：鉆孔直徑大于錨桿直徑4～6mm，錨固劑直徑大于錨桿直徑2～4mm。但在實(shí)際工程中，錨固劑的直徑和錨桿的直徑可以控制到匹配程度，但鉆孔的直徑就很難被控制，在巖性好的地段，鉆孔直徑和理論直徑相差很小，但軟巖、破碎帶中，錨桿的鉆孔直徑問(wèn)問(wèn)大于鉆頭所鉆出的理論直徑，使得錨桿錨固長(zhǎng)度減小，甚至，有些工人為了方便錨桿安裝，直接用更大的鉆頭來(lái)打孔，都給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)了隱患。
　　1.4 樹(shù)脂藥卷攪拌不充分
　　錨桿錨固所用樹(shù)脂藥卷由不飽和聚酯樹(shù)脂、固化劑兩部分組成，安裝過(guò)程中，錨桿鉆機(jī)帶動(dòng)錨桿高速轉(zhuǎn)動(dòng)，使樹(shù)脂藥卷中的各部分充分混合在一起，充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成良好的錨固效果，但在實(shí)際施工中，為了加快施工速度，往往縮短樹(shù)脂藥卷的攪拌時(shí)間，從而降低了錨桿與圍巖之間的粘結(jié)強(qiáng)度，降低了錨桿的錨固力。
　　1.5 錨桿預(yù)緊力控制不足
　　錨桿的主要作用是通過(guò)高預(yù)緊力對(duì)圍巖產(chǎn)生擠壓加固，從而把圍巖的裂隙、節(jié)理等軟弱面壓實(shí)，一方面增強(qiáng)圍巖抵抗外荷的能力，另一方面增強(qiáng)圍巖弱面之間的摩擦力，從而有效提高錨固巖體的承載能力。在錨桿預(yù)緊力施加時(shí)，通過(guò)擰螺母給錨桿施加預(yù)緊軸力，寧螺母的扭矩大小直接決定著錨桿預(yù)緊軸力的大小，實(shí)際施工時(shí)，工人為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度，只將螺母稍微擰緊，錨桿預(yù)緊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)需要，限制了錨桿支護(hù)作用的發(fā)揮。
　　2 錨桿支護(hù)有效性的施工控制措施
　　為了提高錨桿支護(hù)的有效性，礦方經(jīng)過(guò)研究，采取以下措施：
　?。?）針對(duì)錨桿鉆孔深度控制問(wèn)題，給每個(gè)施工隊(duì)伍配備特制的鉆桿，該種鉆桿在相應(yīng)位置上焊接環(huán)狀鋼筋作為鉆孔深度的標(biāo)記，在井下鉆進(jìn)施工時(shí)，工人只需將標(biāo)記處鉆進(jìn)到圍巖表面即可，即保證了鉆孔深度，也降低了工人憑借經(jīng)驗(yàn)判斷深度的負(fù)擔(dān)。
　?。?）針對(duì)錨桿安裝角度的控制問(wèn)題，礦方相關(guān)人員和筆者共同設(shè)計(jì)了井下簡(jiǎn)易錨桿鉆機(jī)支架，將錨桿鉆機(jī)固定在支架上，通過(guò)調(diào)節(jié)支架的旋轉(zhuǎn)軸，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種角度錨桿鉆孔的施工，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了錨桿的安裝角度。
　　（3）針對(duì)三徑匹配問(wèn)題，礦方給每個(gè)施工隊(duì)伍配備的專業(yè)的技術(shù)人員，根據(jù)不同的地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整鉆頭的大小，同時(shí)，也對(duì)工人的施工起到了較好的監(jiān)督作用。
　?。?）針對(duì)樹(shù)脂藥卷攪拌不充分的問(wèn)題，通過(guò)召開(kāi)全礦掘進(jìn)安全會(huì)議，講解樹(shù)脂藥卷攪拌不充分帶來(lái)的問(wèn)題，使每個(gè)施工人員從內(nèi)心深處認(rèn)識(shí)到錨桿樹(shù)脂藥卷攪拌充分的重要性。
　?。?）針對(duì)錨桿預(yù)緊力控制不足的問(wèn)題，礦方給每個(gè)施工隊(duì)伍配備了先進(jìn)的扭矩扳手和扭矩放大器，使工人施加較小力，即可獲得較大的預(yù)緊扭矩，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工質(zhì)量。
　　一個(gè)良好的工程需要良好的設(shè)計(jì)和良好施工的共同配合，錨桿支護(hù)作為我國(guó)煤礦應(yīng)用最多的一種的支護(hù)形式，其支護(hù)有效性直接決定了眾多礦區(qū)巷道的安全，本文主要從施工方面分析影響錨桿支護(hù)有效性的常見(jiàn)因素，并配合所在礦區(qū)，制訂了錨桿支護(hù)有效性的施工控制措施，并將該措施嚴(yán)格執(zhí)行，取得了良好的效果。