淺談煤礦掘進巷道錨桿支護方式的應用

帥文東 廖祥奎

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

淺談煤礦掘進巷道錨桿支護方式的應用

帥文東 廖祥奎

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

在煤礦掘進巷道中使用錨桿技術進行支護施工，不僅可以有效加固巷道，提高其穩(wěn)定性，還能夠改善對巷道的維護狀況。本文針對錨桿支護技術的施工設計與要求、具體施工技術以及施工注意事項等方面進行了探討，以供參考。

煤礦；掘進巷道；錨桿支護；應用

引言

錨桿支護技術是一種快速支護施工技術，運用于煤礦巷道掘進過程中，不僅可有效提高巷道支護效果，而且能夠確保掘進速度的提升，強化巷道圍巖的強度，提高圍巖的穩(wěn)定性。此外，錨桿支護還具有良好的經(jīng)濟性，成巷速度快，巷道斷面利用率高，因而能夠有效改變作業(yè)環(huán)境，提高煤井作業(yè)安全性，有利于礦井開采經(jīng)濟效益的獲取。

1 巷道支護概述

巷道支護施工，其目的主要是改善圍巖的穩(wěn)定性，控制圍巖運動與發(fā)展的速度，從而達到維護工作空間安全的目的。支護施工重視圍巖的承受力及其結構，設置人工支護只是為了改善和提高圍巖自身支持能力。圍巖不僅是施載物體，又是承載結構體，圍巖承載圈和支護體是組成巷道的統(tǒng)一體，是一個力學體系，是同時承受鉛垂與水平作用力的厚壁圓筒，巷道的開掘與支護都是為保持與改善圍巖的自持能力服務。巷道的支護技術可以按照所使用的支護材料進行分類，其中包括木棚、金屬支架、混凝土或料石砌碹及錨噴等支護方式。巷道使用木材進行支護，是采礦工業(yè)最早采用，也是最廣泛采用的方式。但是，由于木材存在易腐朽、強度低、易燃等缺點，逐漸被其他支護方式取代。現(xiàn)代的礦井中，開始使用裝配式的鋼筋混凝土支架、金屬支架、錨桿支護及錨噴支護，而錨桿支護更是逐漸取代其他的支護方式，成為礦井巷道的主要支護辦法。

2 錨桿支護技術

2.1 不同錨桿支護方式的支護

所謂的錨桿支護，其實就是通過在巷道圍巖中錨入錨桿的方法來加固巷道，以便達成錨桿的支護作用（見圖1）。不同于一般的支架，錨桿不僅可以承受圍巖地壓，還可以通過改變圍巖結構來改進圍巖的力學狀態(tài)。這樣一來，巷道內就會出現(xiàn)穩(wěn)定的巖石帶，繼而通過錨桿與圍巖的共同作用完成對巷道的支護。

圖1 巷道錨桿支護截面示意圖

采用不同的支護方式，則可以達成不同的支護作用，目前大多數(shù)的巷道施工以組合錨桿支護方式為主。

（1）相較于組合梁錨桿支護，組合拱錨桿支護可以將多層破碎的圍巖錨固起來，以便使圍巖的拱形結構的承載能力得以提高。所以，組合拱錨桿支護可以起到防止圍巖變形的作用，有利于提高圍巖的穩(wěn)定性。

（2）在巷道圍巖為多層次的巖石層結構時，可以采用組合梁錨桿支護方式。具體來講，就是利用錨桿將多層圍巖錨固成巖石板梁，以便使圍巖得以穩(wěn)固。而由于錨桿具有抗剪能力，所以可以防止圍巖出現(xiàn)層間錯動。同時，利用該種支護方式，還可以使頂板的抗彎能力得以加強，繼而使頂板具有較強的承載能力。

（3）懸吊式錨桿支護是早期得到發(fā)展的錨桿支護方式。在層狀圍巖中，利用錨桿將不穩(wěn)定的巖層懸吊起來，可以使巷道更加穩(wěn)定。但是，在圍巖本身的穩(wěn)固性較差的情況下，采用該種錨桿支護方式則不利于巷道的穩(wěn)定。

2.2 錨桿支護作用分析

2.2.1 懸吊作用論

懸吊理論，是將巷道表層的圍巖用錨桿懸吊起來，錨固在深層的圍巖上，這種解釋存在一定局限性，例如：巷道圍巖存在形狀大小合適的破碎圍巖體，此圍巖體在不支護的條件下可能自行跨落，這時用錨桿懸吊起來，以保持巷道周邊的完整性，否則不成立。

2.2.2 組合梁理論

煤系地層是同一種巖層，其圍巖大多為層狀。較為典型的有泥巖、頁巖等，有的層理還處于發(fā)育階段，如果采用錨桿將這些層狀圍巖錨固成一個整體，則可以有效增強其承載力。但是這種組合梁理論也有缺點，例如：施工相對破碎，需要依靠自身摩擦和相互擠壓，達到穩(wěn)定要求。

2.2.3 組合拱理論

組合拱錨桿支護與其他支護技術相比較，更加適用于巖層過于破碎的地質狀況工程，能夠在有效維持圍巖穩(wěn)定性的同時，起到支護效果。例如：在一些斷面較大的巷道或拱型巷道中，如果采用組合拱錨桿支護，可以將多層破碎圍巖錨固起來，從而減少圍巖跨落，依靠巖石層之間的相互摩擦和擠壓，提高拱形結構的承載能力，防止圍巖發(fā)生變形，促進其安全與穩(wěn)定（見圖2）。

圖2 組合拱理論

3 煤礦掘進巷道錨桿支護的應用

3.1 設計與施工

在應用錨桿支護技術的過程中，需要遵循相應的設計要求。作為煤礦巷道掘進的前提，支護設計是錨桿支護施工前的工作，直接關系著錨桿支護作用的發(fā)揮。在設計的過程中，需要預先完成對煤礦巷道情況的探查。具體來講，就是完成巷道斷面形狀和穩(wěn)定性的觀測，并分析巷道掘進中的巖石松動問題。一般的情況下，巷道的掘進工作將使巷道承受一定的受采動壓力。而在掘進初期對圍巖松動圈的形狀進行觀測，則可以根據(jù)觀測情況設計錨桿支護方式。比如，在圍巖松動圈的大小超出原來的2～3倍時，則可以確定巷道結構在掘進過程中將發(fā)生較大的變動。所以，需要以大松動圈為錨桿支護設計的參照標準，以便更好地發(fā)揮錨桿支護作用。

在施工的過程中，還需遵循相應的施工要求完成錨桿支護施工。根據(jù)實際的巷道掘進情況，錨桿支護施工需要做到規(guī)范化和標準化：①需要確保施工人員具有足夠的安全意識，為了規(guī)范施工人員的行為，則需要在巷道內完成警示牌的設置，并將其固定在較為醒目的位置；②需要加強對施工人員的監(jiān)督和管理，并完成對施工作業(yè)過程的監(jiān)督，以便使錨桿支護施工更加規(guī)范；③針對較為復雜的巷道，需要利用點柱、架棚等多種方式增加錨桿支護的強度，繼而使錨桿支護施工質量得到保證；④在施工的過程中，不能使用鋼帶和金屬網(wǎng)等永久起吊設備；⑤注意定期完成對錨桿支護效果的檢查，并完成支護錨桿和頂板的檢修工作。

3.2 在巷道支護施工中的應用3.2.1修復巷道

錨桿支護能夠有效地修復巷道，尤其對于一些處于采動影響區(qū)域內的巷道，實施的支護通常是整體混凝土支架支護，其支架容易受到裂隙破壞。此時，可在支架破壞處使用錨桿支護作為巷道的補充加強支護。例如，當巷道產生浮石時，通過破壞部分鉆孔，并安裝鋼筋混凝土錨桿，附帶槽鋼及其它型鋼做的錨梁。在發(fā)生事故時，常常發(fā)生巷道頂板巖石冒落并形成自然平衡拱。這時巷道頂板用錨桿支護好。在錨桿的保護下，清除冒落巖石，當清理完地板巖石時，再用錨桿把巷道的下部錨固好。

3.2.2 防治巷道底鼓

錨桿加固是防治巷道底鼓強有力的措施。錨梁通常與巷道橫交，用錨桿把它緊緊地拉向巷道底板。可以用金屬錨桿，也可以用鋼筋混凝土錨桿，其中包括鋼絲繩錨桿。在后一種情況下，用藥壺爆破法在鉆孔的底部形成一個擴大孔。沿巷道斷面的一段鋼繩作成繩套，隨著繩套的不斷形成，把它引入鉆孔底部。在巷道底板處，鋼絲繩放在特設的窩槽里，這不會妨礙巷道臥底。實踐證明，錨桿支護能使巷道底鼓平均減緩30～60%。

3.2.3 加固水平間煤柱

如果開采的是急傾斜厚煤層，其水平間的工作面邊緣煤柱，必須采取支護措施。而使用錨桿支護技術，則可以實現(xiàn)較高的經(jīng)濟效益。在使用錨桿支架以前，水平間的煤柱要根據(jù)煤層厚度用單排或雙排的桁架式支架來支護，在工作面與回風順槽的交叉點要安裝木托梁。此時，超前工作面1.5～2.0m安裝桁架式支架。用錨桿支護水平間煤柱的成功經(jīng)驗成為用無人采煤方法開采急傾斜煤層使用錨桿支架的基礎，這種采煤法用在平行于回采工作面鉆的長孔里放炸藥包爆破落煤。

3.3 施工重點

（1）在進行錨桿孔施工時，需要嚴格按照相關規(guī)定檢查錨桿孔的設計情況。根據(jù)相關要求，需要合理完成錨桿孔間距的調試，并在圖紙上做好標記。一般的情況下，錨桿孔間距應不超過100mm，而錨桿孔軸的偏差也應超過5°。在深度上，錨桿孔深應該超出錨桿長度，但是需小于錨桿長度的30mm。在施工的過程中，則需要使錨桿端部處于孔底位置，并使尾端暴露長度小于20mm。在具體施工之前，需要將懸浮在圍巖表面的活石鑿掉。針對容易發(fā)生冒落的位置，則需要先架設臨時支護，以便安全地完成錨桿孔的施工。施工完成后，則需要將孔內的巖粉和積水清理干凈。

（2）在安裝錨桿時，需要利用機械將錨桿扭緊。同時，還需要保證錨桿托盤緊貼巷道，并將托盤后的渣子清理干凈。

（3）在施工現(xiàn)場，需要預先準備好緊力扳手和測力計，以便較好的完成拉力試驗。此外，一旦遭遇煤炮、頂?shù)装逡平吭黾樱只蚴前l(fā)現(xiàn)頂板突發(fā)性片幫掉渣和鉆進速度異常等現(xiàn)象，則需要立刻停止施工。在完成原因的分析后，則需要采取措施才能繼續(xù)施工。

4 結語

錨桿支護技術不僅能夠良好發(fā)揮錨桿支護作用，同時還具有支護成本低、應用便利、圍巖穩(wěn)定等優(yōu)點。施工人員應當了解錨桿支護技術在巷道中的具體應用，以滿足相應的設計和施工要求為前提，掌握施工重點，以便加強錨桿支護施工的安全性，繼而更好地完成錨桿支護技術的應用。

[1]張如玉，張翀.淺談我國煤礦錨桿支護技術發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].民營科技，2012（03）：11.

[2]徐金海，周保精，吳銳.煤礦錨桿支護無損檢測技術與應用[J].采礦與安全工程學報，2010（2）：166～170.

[3]付曉東.煤礦錨桿支護應用過程中存在問題淺析[J].城市建設理論研究（電子版），2011（7）：200.

TD353.6

A

1004-7344（2016）03-0158-02

2016-1-10