煤礦井巷錨桿支護設計探討

義煤集團 宏盛煤業(yè)有限公司 韓偉博 張紅山

煤礦井巷錨桿支護設計探討

義煤集團 宏盛煤業(yè)有限公司 韓偉博 張紅山

煤礦錨桿支護技術是一種新型的支護技術，與其他支護技術相比，其工作強度低、投入成本低，因此在實際工程中得到了廣泛的應用。在煤礦施工過程中會用到很多支護技術，本文，筆者主要探討煤礦井巷錨桿支護技術。

一、錨桿支護存在的問題

1.錨桿支護設計理論存在不足。目前，錨桿支護設計大多是以理論分析法和工程類比法為主。錨桿設計工程類比法一般都是按照經(jīng)驗設計，缺乏科學依據(jù)。在井下的實際操作中，各種條件是不斷變化的，無論是采用類比法還是采用理論分析法，實際需要的支護參數(shù)都會與計算結果存在一定的偏差。供設計使用的基本參數(shù)都是在對地質(zhì)技術資料綜合整理之后，再借助巷道周邊幾點或單獨一個點的所得出的平均數(shù)值，所計算出的錨桿支護參數(shù)往往與實際差別較大，嚴重時會引發(fā)冒頂事故。

2.錨桿施工階段的工程質(zhì)量得不到有效保障。在煤礦巷道錨桿支護工作中，工程質(zhì)量有相對的隱藏性，通常，頂板在被破壞和失穩(wěn)的情況下沒有特別明顯的預警，容易引發(fā)規(guī)模較大的冒頂事故。在實際操作中，因為受限于施工器械、安裝工藝、工作人員的技術水平等因素，要實現(xiàn)高預拉力的錨桿十分困難，錨桿初錨力預加存在很大的困難，這些問題都直接影響錨桿的支護效果。

3. 支護圍巖的地質(zhì)情況缺乏了解，支護設計缺乏實際數(shù)據(jù)的支持。在進行支護設計和巷道布置時，需要對地質(zhì)條件進行預測，但對于復雜的地質(zhì)體（如不全面煤礦巖體），相關部門的準備工作不到位，對圍巖的地質(zhì)條件缺乏充分了解。在實際的生產(chǎn)過程中，對圍巖結構強度及其錨固性的檢測缺乏有效的措施，導致錨桿支護設計太過理想化，再加上工作人員很難及時發(fā)現(xiàn)并采取補救措施來加強錨桿支護，很容易引發(fā)頂板事故。

二、錨桿支護設計方法

1.錨桿支護科學的設計方法。近年來，我國在錨桿支護技術上已初步摸索出一套新理論和新方法。但缺乏統(tǒng)一的相關規(guī)范和標準，在煤礦井巷錨桿支護的實際設計和施工方法方面仍有待提高。土壓力分布還是以庫倫或朗肯理論為基礎，支護樁仍用等值梁法進行計算。這些理論在安全性和經(jīng)濟性方面較差。因此，在煤礦井巷錨桿支護設計中，應逐步建立健全一套以施工監(jiān)測為主導的信息反饋動態(tài)設計體系。如動態(tài)設計方法，該方法針對性強，不但施工可靠，還能夠提前測出巷道頂板圍巖的穩(wěn)固性能，利于科學化管理；該設計方法通過分析煤巷井下的地質(zhì)生產(chǎn)資料，為錨桿支護的設計提供了行之有效的科學根據(jù)，保證了錨桿支護的施工質(zhì)量。

2. 高預應力、高強度組合式錨桿支護體系。

（1）桁架、錨索和錨桿的聯(lián)合支護。對于地應力高的厚煤層，在符合頂板條件下，該技術可以有效避免巷道變形，預防頂板離層，這種聯(lián)合支護最關鍵的地方就是桁架、錨索和錨桿承受能力和強度的匹配問題。從當前的技術水平來講，高的性能的錨桿拉力在20 ～ 30 kN，所以錨索和桁架的預拉力一般情況下在60 ～ 80 kN，這樣才能形成同步承載。

（2）等強錨桿的開發(fā)與推廣。一般情況下，在加工階段，錨桿螺紋鋼大都采用先車再滾絲的技術，這就導致螺紋鋼螺紋的地方桿體的強度降低了約20%。一旦煤礦巷道頂板處受到動壓或沖擊地壓，錨桿構件在螺紋部位就會發(fā)生斷裂，從而導致錨桿體支護功能失效。為了提高螺紋鋼螺紋強度，需要借助一些有效手段，使錨桿在整體上擁有相等的強度，以避免螺紋斷裂事故的發(fā)生。

（3）實用性、可靠性強的礦壓檢測技術。錨桿支護屬于隱蔽性工程，在施工的質(zhì)量不符合規(guī)范的情況下，錨桿支護系統(tǒng)很容易出現(xiàn)頂板冒落與離層現(xiàn)象。總的來說，錨桿支護的礦壓檢測可以分為3種：支護構件受力的監(jiān)測，比如說GYS–300型錨桿測力計；用于安設質(zhì)量以及錨桿性能的監(jiān)測，包括錨固劑質(zhì)量、錨桿施工質(zhì)量和桿體性能質(zhì)量，如錨桿拉力計。針對煤礦巷道圍巖位移的檢測，如多點位移計和LBY–3型頂板離層指示儀。煤礦錨桿巷道的設計、檢測工作和工程的施工質(zhì)量同等重要，要盡可能早地規(guī)范煤礦檢測手段，檢測的內(nèi)容是規(guī)范的重中之重。要實時了解煤礦巷道頂板的離層及下沉情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，積極高效地采取補救措施，保證錨桿支護的安全性和可靠性，從而保證支護的效果。

（4）積極完善研究錨桿機具的配套設備。如，施工階段應盡可能保持結構的平衡，偏差應控制在允許誤差范圍之內(nèi)，對于機具出現(xiàn)鉆頭、零部件質(zhì)量不合格、安裝速度過慢等問題必須從嚴把握，從而保證錨桿支護技術的迅速崛起。