我國煤礦掘進巷道錨桿支護技術

紀發波 蘇 靜 李紅祥 王勝利 張明國 常 宏

(六盤水師范學院 貴州 六盤水 553000)

一、煤礦巷道支護的原理

根據煤礦巷道錨桿支護的國內外先進研究成果現狀、相關理論實驗及現場操作實踐,并通過結合新奧法錨桿支護掘進理論、聯合強化支護掘進理論及大范圍巖層高強度聯合強化支護理論研究巷道錨桿支護掘進技術,研究工作者通過歸納分析總結并提出現時代階段性的煤礦礦井巷道錨桿支護技術原理。該研究原理主要是將巖石巷道圍巖力學及其研究目的是作為可以將巷道圍巖支護巷道與其他支護圍巖體系結合看成一個自然整體,充分利用巷道圍巖及其他支護巷道體系的自身地質承載能力,來有效維持巷道的整體穩定性;此外它還要實時通過監測系統反饋巷道原巖層的應力、擾動及影響圍巖巷道表面應力位移等作為影響整體圍巖巷道穩定性主要因素的大量動態分析信息。圍巖及其他支護動力體系的相互作用,有效的通過控制支護圍巖的運動變形而不僅僅限于提高圍巖支護的運動剛度,以及有效提高圍巖支護的運動穩定性;通過增加支護圍巖結構或增加支護體的方式。

結構改變性質改善基層圍巖的巖體力學結構方面的改變性質可以提高基層圍巖的整體承載能力。該設計原理為當前解決濟南煤礦礦區巷道道路支護建設問題研究提供了重要理論依據。同時,實驗及支護施工時間在實驗及支護施工時,要根據巷道圍巖的具體性質及各種煤礦渣在巷道內的支護施工原理,選擇各種適合的巷道支護施工材料和各種支護施工方式。

二、傳統的新型錨桿橋梁支護技術理論的主要作用

傳統的新型錨桿橋梁支護技術理論主要有:橋梁懸吊支護理論、組合梁支護理論、組合梁斗拱支護理論等。這些假設理論都應該是在一點點性假設的理論基礎上,針對不同圍巖條件下提出的。由于這些設計理論在科學理解上簡明,在工程設計上由于計算簡單,因此可以得到廣泛的實際應用,在生產實踐中可以起到積極推動作用。由于這些施工理論都往往存在一定的知識片面性和技術局限性,不能充分適應于各種類型巷道施工條件。現如今主要特點是將“三高一低”的矩形錨桿引入支護設計理念,即實現高強度、高剛度、高可靠性和可降低支撐保護物的密度。錨桿作用支護的主要物理作用:錨桿作用主要是對于錨固區造成圍巖的主體離層、滑動、裂隙張開、新生及裂紋等的產生等造成擴容延伸變形與開裂破壞,從而直接導致整個圍巖主體處于自然受壓收縮狀態,抑制造成圍巖彎曲延伸變形、圍巖開裂破環等。最大最有限度地確證保持錨固錨點區域的圍巖結構完,整從而來就是促使圍巖結構成為重力承載的重要主題組成部分。

在錨固層基區內可以形成一個剛度較大的非預應力結構承載層的結構,阻止基塊錨固區移動產生的剝離層,同時可以改善基塊圍巖深度內部的非預應力結構分布。錨桿錨撐支護應力系統的流動剛度十分重要,錨桿支護預應力及錨桿預應力的流動擴散作用起著一個決定性質的作用。根據不同巷道使用條件需要確定合理的巷道預應力,并正確使這些預應力能夠實現有效率的擴散,這是完成支護巷道設計的重要關鍵。單根固體錨桿對于預應力的發揮作用擴散范圍通常是很有限的,必須通過利用托板、鋼帶和其他金屬網等固體構件將單根錨桿上的預應力迅速擴散并達到距距離單根錨桿更遠的固體圍巖中。特別提的是對于高層巷道圍巖表面,即使沒有施加很小的土層支護和應力,也可能會明顯抑制圍巖的自然變形與風化破壞,保持巷道頂板的完整。護表支撐構件在各種預應力儀表支護機械系統中一直發揮著著極其重要的支撐作用。

錨桿上的剛度支護系統部件支持系統上的剛度可能存在臨界支護剛度由于支護支持系統部件剛度,即使是在標桿上的錨固區不一定需要一個產生明顯的應力隔離層和一個橫向的可拉伸的固定應力區所以也可能需要臨界剛度支護系統剛度支持系統部件能夠同時提供的臨界支護系統剛度。支護所有巷道管理系統臨界自動剛度一旦遠遠小于臨界時的所有支護巷道系統臨界剛度,圍巖將長期同時持續處于穩定處在變形與不穩定處于變形中的狀態;相反,支護所有巷道系統的臨界自動剛度一旦不能達到或遠遠大于超過臨界時的所有支護巷道系統臨界剛度,圍巖過程中的穩定變形就不可能同時得到有效度的自動抑制,巷道也將繼續處于長期穩定處于變形中的狀態。支護錨桿剛度的關鍵因素影響支護因素之一是支護錨桿上的預應力,因此,存在新的錨桿臨界值和預應力穩定值。當圍巖錨桿整體預應力強度達到一-定值的數值后,可以有效率地控制室內圍巖錨桿變形與巖質離層,而且圍巖錨桿整體受力強度變化不大。

三、錨桿支護理論的作用

錨索的支護作用主要表現有兩兩個方面:其一個就是將深部錨桿通過支護作用形成的深部預應力區所承載形成結構與深中淺部深層圍巖巖體相連,提高深部預應力區所承載形成結構的巖體穩定性,同時充分調動深中淺部深層圍巖的巖體承載能力,使更大深度范圍內的深部巖體共同進行承載。

其二個就是錨索需要施加較大的擠壓預緊力,給深部圍巖巖體提供較大壓力預應力,與深部錨桿支護形成的較大壓力預應力區組合成一個骨架式的網狀承載結構,主動輔助支護深部圍巖,保持其巖體完整性。提高橋梁錨桿與錨索的綜合預應力并且能使其有效率地擴散，這是目前改善大型巷道橋梁支護施工效果的最基本有效途徑。對于復雜困難性的巷道,應盡量采用高強度預應力、強力的鋼錨桿進行組合連續支護,應盡量一次連續支護就位并能有效率地控制巷道圍巖結構變形與巖土破壞,避免二次連續支護和復雜巷道反復維修。

四、安全技術措施

(1)割井掘進機在巷道頂板錨桿生產支護作業過程中必須嚴禁空頂迎頭作業,除掘進巷道錨桿底板和角輔助錨桿安裝可同時滯后3排,其余頂、幫輔助錨桿和巷道頂板錨索必須完全緊跟迎頭進行安裝,特別重點是巷道頂板和幫錨桿的迎頭安裝,必須完全緊跟掘進巷道迎頭,嚴禁大排超錨索和大排距錨桿滯后迎頭安裝,否則一律禁止對其繼續施工進行大型割井采煤機的生產支護作業。

(2)支護錨桿頂板支護樁在施工前先后要進行一次敲幫頂和問頂,除掉錨桿頂板、巷幫和巷道迎頭的大量碎煤渣和碎石,且在進行打鉆和施工安裝支護錨桿時必須時刻仔細觀察錨桿頂板和巷道交幫的移動情況。

(3)支護錨桿(索)錨桿支護工藝材料、參數、施工工藝必須嚴格按照專業設計工藝要求,及時進行檢測保證錨桿(索)支護施工工藝質量。對于支護材料使用質量不要求合格的其他支護專用材料錨索應堅決不用,已停止使用的必須進行重新安裝使用質量要求合格的其他支護專用材料;對于未不能達到符合設計標準要求必須安裝較大扭矩的壓力錨桿,應在其周圍400mm內的范圍內及時補上填打質量合格扭矩錨桿,對于為不能達到符合設計標準要求張拉力的錨索,應在其周圍00mm內及時補上填打質量合格的錨索。

(4)掘進巷道內的掘進錨桿成巷施工效果差,掘進錨桿斷面寬度超寬或者掘進片幫嚴重時必須進行補強敲打掘進錨桿(索)等并進行加固補強,堅決防止錨桿間距和排距隨意移動增大的掘進現象。

(5)巷道遇到水下地質環境條件發生變化、巷道基層淋雨積水較大時,必須及時進行調整地下巷道基層錨桿綜合支護設施參數,保證基層巷道錨桿支護設施效果,必要時可以進行基層架棚,增加基層巷道錨桿支護設施強度。

(6)在在巷道錨桿掘進支護施工進行過程中,每班必須由上級跟班施工技術人員和支護班組按長度別在巷道后方向對錨桿樁的支護工作情況人員進行實時檢查,如有異常及時立即采取措施,發現不必要安全隱患,原則上必須及時當班處理完畢,如有特殊緊急情況時還需向下級任一班項目負責人進行交代清楚,消除隱患后方可上班組織施工生產。

五、結語

本文系統梳理了巷道的代表性支護理論，分析了巷道支護技術,解釋了巷道支護技術的原理，說明了錨桿在煤礦或者橋梁是那個的應用和作用，介紹了在使用錨桿時所注意的安全措施。并討論分析了巷道支護技術。總體而言,我國已形成了較為成熟的巷道支護技術和理論體系，后期我們需要更加了解錨桿支護技術的前提下將其發展的更加成熟。