煤礦預應力錨桿支護技術的實際應用與發展

摘 要：隨著社會各行業對煤炭資源需求量的不斷提升，我國現有煤礦的煤炭儲量在大幅度縮減，在此背景下，為有效保障社會生產對煤礦資源的需求，深層挖煤技術得以涌現。在煤礦開采深度逐漸加深的同時，相應的開采難度及危險系數也趨于增大，為確保煤礦開采巷道的穩定性和安全性，煤礦預應力錨桿支護技術在實踐中運用較多。文章圍繞煤礦預應力錨桿支護技術，進行相應的論述。

關鍵詞：煤礦；預應力錨桿支護；應用

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0047-02

我國社會生產對煤炭資源提出了較高的使用需求，隨著煤礦開采頻率及強度的提高，地表煤炭資源消耗殆盡，煤礦開采的深度逐漸增加。由于煤礦開采主要是通過巷道的延展得以完成，因此，深度較大的煤礦開采活動，需要高強度的支護技術加以輔助。現階段，煤礦預應力錨桿支護技術在陜北地區煤礦開采中應用較為普遍，其應用及發展前景較好。

1 煤礦錨桿支護技術發展概況

早期煤礦開采中，錨桿支護即已運用，主要形式是錨噴支護，由于早期煤礦開采并未涉及到較為復雜的開采環境，因此，錨桿支護技術能夠滿足開采需求，但這一階段的錨桿支護并不具備較高的強度。在煤礦開采趨于頻繁或開采地質條件復雜程度加深時，煤巷圍巖及采煤工作面條件有所變化，為確保煤礦開采巷道的安全穩定，錨桿支護技術的強度得以提高，各種錨桿支護設備，如水泥錨固、機械錨固及樹脂錨固等各種錨桿逐漸涌現，并在開采實踐中得以應用，一定程度上保障了煤礦開采的安全高效。

伴隨著煤礦開采深度的加大，再受制于煤礦巷道的圍巖狀況的差異化，此類錨桿支護設備在性能上已難以應對復雜多變的開采環境。

基于煤礦開采環節巷道支護難以滿足開采需求而出現的煤礦開采事故，我國在1995年對煤礦開采支護技術進行了研究，形成了有關煤礦開采的支護規范。

煤礦開采錨桿支護技術在1997年得以深入研究，錨桿支護的設備及方法都有了極大改進，出現了動態支護及螺紋鋼錨桿，煤礦開采錨桿支護的強度得到提升，有效滿足了煤礦復合頂板及破碎頂板的巷道支護要求[1]。

進入新世紀后，我國煤礦開采深度在原有基礎上進一步加大，全煤巷道及圍巖較為破碎的巷道比重愈來愈大，相應地，煤礦開采巷道對支護技術提出了更高要求，在對煤礦錨桿支護技術加以深入研究后，我國在2005年研發并推廣了煤礦預應力錨桿支護技術，錨桿設備及錨索的強度也得到了大幅提升，截止到現階段，我國規模較大的煤礦開采，預應力錨桿支護技術的使用率達到了65%～90%，個別地區煤礦開采已100%運用了預應力錨桿支護技術，一方面為煤礦巷道的安全支護提供了技術及設備保障，另一方面我國煤礦開采中的錨桿支護技術趨于成熟，有效推動了我國煤礦開采的常態化、安全化運行。

2 煤礦預應力錨桿支護技術的基本原理

2.1 錨桿支護作用概述

錨桿支護可視為作用于煤礦巷道圍巖的加固技術，其起到的作用主要是保障巷道圍巖處于穩定狀態中，借助錨桿支護，煤礦巷道圍巖的強度得以提高，從而進一步保障了巷道的穩定及安全性。從作用原理上分析，主要是錨桿支護能夠使巷道圍巖產生更強的摩擦及粘聚力，圍巖的性質得以極大改進，其穩定性能更加突出。此外，錨桿支護過程還能夠提升圍巖強度，其作用機理是通過錨桿的作用，分解圍巖本身的剪力大小，從而使煤礦巷道不會受到圍巖太大的荷載壓力，由此提高了圍巖及巷道的強度表現。通過采用錨桿支護，圍巖在施力及受力等環節也能夠有所改變，一方面圍巖與巷道間的拉應力會借助錨桿得以消解，另一方面圍巖的摩擦力會得到提升，兩方面共同作用下，能夠使圍巖施加于煤礦巷道的壓力得以大幅度緩解。

2.2 預應力基于錨桿支護的原理分析

煤礦開采中錨桿支護技術在使用時需要較高的錨桿強度，在煤礦巷道對錨桿強度提出較高要求時，高預應力錨桿支護技術及設備的運用能夠使巷道更加穩定，由此也能夠極大降低煤礦開采中發生事故的幾率[2]。煤礦預應力錨桿支護中，預應力基于錨桿支護的作用原理主要是通過對錨固區的圍巖的各種變形，如離層、裂縫等活動加以控制，從而使圍巖處于一個完整穩定的狀態，保持圍巖的高強度不受內外力破壞，圍繞錨桿錨固區構建預應力承載及保護系統。在預應力錨桿支護中，錨桿所具備的預應力大小對支護的效果起到關鍵作用，同時，預應力錨桿的構件，如鋼帶、錨索、托板等，也具有極為重要的作用，通過預應力錨桿構件，可以充分地將預應力分散到煤礦圍巖結構中，從整體上提高圍巖及巷道的剛度。其中，預應力錨桿支護中的錨索起到的作用更為突出，一方面通過將煤礦圍巖及錨桿支護系統加以連接，能夠使煤礦圍巖具備更強的承載力，另一方面借助錨索傳遞的預應力，煤礦圍巖、煤礦巷道、煤礦錨桿能夠構成一個受力網，三方共同作用，能夠使圍巖支護效果更加明顯。

3 煤礦預應力錨桿支護技術的應用

預應力錨桿支護技術在我國眾多礦區中都得到了廣泛運用，其適用的煤礦巷道環境類型較為多樣，如礦井深度達到數千米的高應力巷道、圍巖較為破碎的巷道、圍巖較為松軟的巷道、斷面面積較大，受動壓影響較深的巷道等。下面結合陜北煤礦預應力錨桿支護技術使用情況，探究煤礦預應力錨桿支護技術的具體使用。

3.1 預應力錨桿支護

預應力錨桿支護如單獨使用，需要煤礦圍巖及巷道具備較高的性質特征，如圍巖的強度較高，圍巖形態及煤礦巷道較為完整時，可以只采用預應力錨桿支護技術，如不具備以上條件，如煤礦巷道較深，頂板不夠穩定時，不宜單獨采用預應力錨桿支護技術。

3.2 預應力錨桿支護與錨索支護相結合

預應力錨桿與錨索支護相結合的支護方案在現階段煤礦開采中較為常用，這種支護方式可以充分發揮預應力錨桿及錨索的作用，使圍巖支護效果更加突出，還可以使適度擴大錨桿支護的覆蓋范圍，在具體應用中，錨桿及錨索可以并排及錯置，能夠充分做到對頂板、底板及兩幫的支護。

具體到陜北地區煤礦開采，由于其煤礦區域地質構造較為多樣，其頂板結構較為復雜，穩定性不強，采煤工作面及其巷道受到動壓的影響較大，在頂板支護及兩幫支護中面臨著極大的困難，因此，陜北地區煤礦開采普遍選用煤礦預應力錨桿與錨索支護相結合的方式，以確保煤礦開采的經濟性與安全性。如陜北礦業某煤礦，針對其頂板的不穩定特點，通過強化錨桿及錨索的強度，開展拉拔力實驗等方式，有效發揮了預應力錨桿支護與錨索支護相結合這一支護方式的優勢。

3.3 預應力錨桿支護、錨索支護及注漿支護相結合

在煤礦的圍巖及巷道較為破碎松軟時，此時預應力錨桿支護、錨索支護無法全面發揮其作用，通過將兩者與注漿支護加以結合，能夠最大限度地提升支護效果。注漿支護主要是通過漿液的粘結性，使圍巖的強度得以提高，從而為錨桿及錨索支護創造必要的支護條件，確保錨桿及錨索傳遞出的預應力能夠有效作用于圍巖及巷道，使煤礦開采過程中圍巖變形及擴容活動能夠被有效控制。

例如，陜北地區的某煤礦開采，針對其圍巖較為破碎松軟，頂板易遭水害的特點，在開采中運用了高強度錨桿、錨索及高壓注漿三者相結合的支護方式，克服了支護困難，提高了開采的安全性。

4 結 語

煤礦預應力錨桿支護技術在煤礦開采中的作用極為突出，煤礦預應力錨桿支護技術的發展過程伴隨著煤礦開采深度的逐步增加，現階段，隨著煤礦開采技術及理論研究趨于增多，煤礦預應力錨桿支護技術的發展前景也極為廣闊，煤礦開采的安全性及穩定性也將得到更大幅度的提升。

參考文獻：

[1] 康紅普.煤礦預應力錨桿支護技術的發展與應用[J].煤礦開采，2011，（3）.

[2] 楊波濤.深部煤礦巷道預應力錨桿支護的研究和應用[J].煤礦現代化，2015，（3）.