錨噴支護技術在煤礦的應用和發展

摘要：本文共分兩大部分：第一部分通過介紹錨噴支護的優越性及目前存在的問題，闡述了錨噴支護現階段我國煤礦的使用現狀，第二部分提出三個加強和改進錨噴支護技術的措施，即安裝錨梁、錨桿注漿、錨索補強，闡述了錨噴支護技術的發展方向。

關鍵詞：錨梁；錨桿注漿；錨索補強

0引言

錨噴支護與傳統的支撐式巷道支護相比，具有顯著的技術經濟優越性。目前，錨噴支護已成為煤礦井下巷道支護的重要形式，同時錨噴支護技術也是一項復雜的系統工程，錨噴支護的成敗不僅與巷道支護設計、施工、支護材料質量有關，而且與巷道所處的圍巖巖性有關。特別是對于由于軟巖產生的破壞，錨噴支護技術卓有成效。

1 錨噴支護優越性

從理論上講，錨噴支護屬于“主動”支護，錨桿安裝后在圍巖內部對圍巖進行加固，迅速形成一個圍巖--支護的整體承載結構，能夠充分地利用圍巖自承能力，減小圍巖變形，防止離層和片幫，改善巷道的穩定。

巷道開挖后，破壞了原有巖體的力學平衡狀態，引起巷道周圍的巖石產生位移和應力的重新分布，出現了頂板下沉、底板鼓起、兩幫移近及片幫冒頂等現象。這些現象出現的時間、形式、及程度，與圍巖所處的地質條件和物理力學性質有關。假定巷斷面為拱形，錨桿依次安裝后，錨固端與墊板之間會形成壓縮帶。壓縮帶在巷道圍巖內形成后，如同完整碹體，它與巷道幫頂的深部圍巖緊密嚙合。錨桿壓縮帶形成的碹體與巷道內襯混凝土碹、其它框形支架相比，有更好的抗壓性能，不易產生應力集中現象。可見錨桿支護不僅成本，而且有很大的支撐力與發展潛力。

2錨噴支護技術存在的問題

實踐證明，在支護安裝前后，由于應力差的影響，都會產生巷道圍巖變形，使噴體與外層圍巖呈受壓狀態，即：巷道圍巖會產生切向應力。當圍巖切向的壓應力超過圍巖的單軸抗壓強度時就會產生變形或斷裂。

錨噴支護巷道圍巖受壓所呈現的斷裂破壞，通常首先是發生在拱頂部位。斷裂裂口碎屑脫離噴體后，裂口兩側的切向壓力立即緩解，促使圍巖向巷內移近，錨桿拉力相應增大，桿體增長。圍巖變形由于斷裂裂口存在，隨圍巖切向應力會向深部轉移，促使斷裂現象向深部發展，新的斷裂碎屑在擠壓過程中使外部斷口擴大變寬甚至造成巖塊脫落，桿體外端裸露。由于圍巖變形，壓應力繼續向外層圍巖轉移，斷裂繼續向深部發展，導致錨桿切向載荷增加，使桿體呈彎曲變形導錨桿失效。

3 改進錨噴支護技術

3．1安裝錨梁緩和拱頂切向應力

錨梁是由鋼梁和錨桿組成的支護結構體系， 其中鋼梁為受彎構件， 錨桿能深入到比較穩定的巖體， 用于固定鋼梁， 并把錨梁所承受的荷載傳遞到深部較穩定巖層中， 且錨桿具有一定的可縮性， 使得錨梁成為具有一定可縮性的倒梯形支架[1]。

根據圍巖移動原理或應力集中的原理，都可以得出同樣的結論--拱頂部有強大的切向應力造成拱頂圍巖擠壓破壞，甚至可以導致錨桿支護體崩潰。如果在拱頂部位安設1根錨桿梁，將有利于緩解拱頂圍巖切向應力和防止破壞向深部發展見圖1，固定錨梁的錨桿與巷道中心呈對稱安裝后，與錨桿張力F1、F2相平衡是錨梁對頂板的支承力F3，F3不僅有助于降低圍巖的切同應力，還可以有效防止冒頂事故。

另外，錨梁與固定錨梁的錨桿安裝后，兩根錨桿的拉力F1、F2在錨固端可以分別分解成F1′、F1″擴及F2′、F2″。其中F1′、F2′可將巖梁的壓力傳遞給巷幫深部的巖體，這對防止巷道變形是有利的。總之，由于錨梁的存在，要以阻止頂板圍巖的切向應力向深部轉移，防止裂隙向深部發展，保持拱頂的完整各穩定，使錨桿支護形成的壓縮帶，成為一個始終完整的承壓結構。因此，在松軟的巖層中掘巷，用錨梁加固幫頂，可防止幫頂圍巖碎屑脫落。

錨梁支護材料重量輕、體積小，運輸、操作方便， 錨梁支護不再保留上肩部的三角煤，避免了等勁空頂時間，因此，支護效果好[2]。

采用29U 型鋼可縮性支架每米支護成本7100元， 而采用錨梁支護需要3300元。每米進尺節約成本3800元。

3.2管式注漿錨桿代替普通樹脂錨桿

注漿錨桿將高標號水泥與新型粘合劑混合液注入錨桿自由伸縮段（未錨固段）與巖體的間隙，可使圍巖形成一個整體，大大增強圍巖抗剪切力，對控制巖體的剪切破壞起到很大的作用，有效地控制巖體變形。一方面可加固巷道周邊的破裂巖體， 提高圍巖的自承能力另一方面， 可改善破裂巖體的結構及其力學性能， 最大限度地發揮錨桿的錨固作用[3]。

設備如圖所示：

525#普通硅酸鹽水泥；2）ANG21新型粘結劑；3）管式錨桿，外徑21mm，長1800mm，麻花頭；4）風鉆（鉆頭直徑45 mm）；5）QB150型注漿泵一臺，攪拌桶一套；6）排氣管（內徑6 mm塑料管）；7）海帶。

采取如下的施工工藝

用風鉆在巖幫上鉆孔，孔深1700 mm；2）將錨桿插入孔內，將孔口用海帶或棉紗堵好（孔口插有一根200 mm長的塑料排氣管）；4）將漿液按比例配好，用注漿泵將漿液注入，排氣管流出漿液時，表明孔里已注滿，即可停止；5)凝固8小時即可上托盤，緊固到規定要求。

采用錨稈注漿每米1900元，大大了節約了成本，而且提高了頂煤回收率。

3.3錨索補強

錨索加固是采用有一定彎曲柔性的鋼絞線通過預先鉆出的孔以一定的方式錨固在圍巖深部， 外露端由工作錨通過預張拉對工程圍巖進行加固補強的一種手段， 其特點是錨固深度大， 承載能力高， 可施加較大的預緊力， 因而可獲得比較理想的支護效果， 是目前最可靠最有效的一種手段[4]。由于錨索的錨固點在上位穩定巖層上， 根據懸吊理論， 使下位巖層的重量通過錨索懸吊在上位穩定巖層中， 起到了懸吊頂板的作用， 同時由于錨索預緊力作用， 對已有的錨桿支護的下位巖層進行組合、加固[5]。如圖所示。

打錨索并鎖緊后，錨索將集中應力以45°壓力分布線傳遞至支護結構上。應力作用使圍巖產生壓縮，松散圍巖在錨索的彈性壓縮下形成較大的“承載拱”，提高了圍巖整體性和內壓抗力，增加其強度，其它力學性能也得到了發改善，有效地控制了圍巖的有害破壞的發展，增加了圍巖的穩定性。

錨索支護技術能將結構物與圍巖連接在一起共同作用，使圍巖發揮更大的承載作用，有利于表面結構的穩定，巖層能夠更有效地承受拉力和剪力，其作用范圍、作用力和效果比錨桿支護大得多。

采用錨索補強加固技術后， 沒有發生一例漏頂事故， 頂板支護狀況得到了改善， 頂板兩幫礦壓顯現減弱， 減少了巷道二次支護， 降低了巷道的維護量。每米可節約材料費225. 65 元， 人工費57. 5 元[4]。

總結

煤礦井下的地質條件千變萬化，任何一種支護都不是靈丹妙藥，在一定條件，某一種支護效果很好，換一個地質條件，支護效果就很差，所以支護措施就要有選擇性、針對性。本文提出三個加強和改進錨噴支護技術的措施，即安裝錨梁、錨桿注漿、錨索補強。通過理論分析三個支護技術切實可行，不僅解決了實際問題保證巷道的穩定和安全，而且還節約成本，是錨噴支護技術的新發展。

參考文獻

[1].王連國， 張連勇， 李明好.高應力軟巖巷道錨、梁、噴、注支護技術研究[J]. 礦山壓力與頂板管理.2001，(4).14-15

[2].靳一民，徐基根，煤巷錨梁支護技術的應用[J].礦山壓力與頂板管理.2004，(2).67-68

[3].陳慶敏，郝玉龍.錨桿注漿加固技術及其應用[J].煤礦現代化1998.(4).24-25

[4].王東生.錨索補強加固技術在運輸巷的應用[J].礦山壓力與頂板管理2003.(2).32-35

[5].劉成效、尹根成、楊彥群、龐水缸錨索補強支護技術在屯蘭礦的應用[J].1999.(3).21-23