預應力錨固支護技術探討

李渝

摘 要：工作面巷道支護效果直接決定綜采工作面生產和作業人員的安全性。在實際生產中，由于煤炭開采導致工作面頂板的應力平衡狀態遭到破壞，進而出現巷道頂板坍塌、兩幫出現片幫的現象，在制約工作面生產效率的同時嚴重威脅到作業人員的人身安全。錨桿支護在具體應用期間會受到水文、地質、安裝等各項因素影響，這會導致默錨桿支護會出現失效情況，會引起片幫、冒頂等問題。因此，要采取合理防范措施，避免錨桿支護出現失效情況。

關鍵詞：錨桿;預應力;錨固技術;支護形式

0 引言

巷道支護質量直接決定工作面巷道生產的安全性。目前，工作面最普遍的支護方式為錨桿+錨索聯合支護方式，而錨桿支護處于被動狀態，表現為錨桿的長度短、直徑小、支護強度小的問題。實際生產中，為了增加巷道的支護效果通過增加錨桿密度，此舉在一定程度上增加了巷道支護的成本。為此，提出將預應力錨桿應用于巷道的支護中的方案。

1 預應力錨桿作用機理研究

綜采工作面的采掘打破了工作面圍巖原先的平衡狀態，使得巷道的應力狀態發生變化，從平衡的三向應力變為雙向應力或單向應力，從而使得工作面巷道承受圍巖載荷的能力變小。故，為保證工作面的安全生產，需對其進行支護設計。經實踐表明，目前應用于工作面支護錨桿的間距一般在0.7～1m之間，而且當巷道發生離層現象時，錨桿所分擔的力很小。因此，為提升錨桿支護的可靠性在錨桿上施加一定的力以提高錨桿支護的效果。預應力錨桿提升巷道支護質量的作用機理主要體現如下：①預應力錨桿能夠及時向巷道圍巖表面提供足夠的支護抗力，進而限制巷道圍巖的變形;②基于預應力錨桿支護在巷道頂底板以及兩幫表面形成組合梁合或者組合拱以達到加固巷道圍巖的目的;③基于預應力錨桿能夠達到改善巷道圍巖力學參數、改善圍巖體的受力狀態和應力場的目的;④預應力錨桿將圍巖與錨桿形成一個整體的承載結構，降低巷道圍巖和錨桿失效的概率。

2 錨桿支護在應用期間失效主要原因

2.1 未嚴格依據具體情況，對采用的錨桿進行選擇，對錨桿的具體參數進行設計

若設計的錨桿的強度較低時，支護體系，以及相應的圍巖都無法形成一個相對穩定的承載結構，這會導致巷道發生變形情況無法得到控制，這會對礦井生產作業造成較大影響。若過于注重錨桿安全性，盲目的提高安全系數，這樣最終建設的錨桿雖然在應用過程中不會出現安全問題，這會提高支護成本，降低經濟效益。

2.2 錨固無法達到期望效果

如果覆巖層存在大量結構弱面，會導致頂板上端圍巖部分出現損傷情況，這會使錨固力隨著時間推移不斷降低，最終會導致錨固失去原有效果，會發生大區域冒頂情況。

2.3 粘結失去效果

錨桿可以通過對錨固劑和圍巖進行應用，進而形成以一個合理的整體，若錨桿桿體與粘結材料間出現了的滑移錯位問題，這會導致圍巖無法得到合理加固，這會使粘結遭受破壞。采用錨桿的錨固力大小主要受錨桿與粘結材料兩者間粘錨力影響，不同類型圍巖與不同類型的錨桿間的錨固大小也會存在一定差異，可見，在設計巷道支護中各項參數時，要充分考慮圍巖力學性質，在全面分析基礎上，最終選擇一種有效的錨桿，提升和控制錨固力，進而使支護水平能夠得到進一步提升，滿足應用需求。

3 預應力錨固支護技術

某煤礦12207工作面可開采煤層為2號煤層，煤層平均厚度為8.78m，煤層平均普式硬度為1.8。經探測，該工作面煤層屬于穩定煤層，且煤層的厚度變化較小。

3.1 頂板支護參數

頂板支護所采用無縱筋螺紋鋼筋錨桿直徑為22mm，錨桿長度為2400mm，錨桿間排距為850mm，錨桿間距為900mm，工作面頂板每排錨桿的數量為5根。頂板錨桿采用錨固劑對錨固進行加長，其中所采用錨固劑的類型為K2335和Z2360。經錨固劑加長處理后錨固的長度為1654mm。為保證錨桿支護的效果，為其施加400Nm的預緊扭矩。而且，頂板錨桿的與錨桿相匹配的錨索的直徑為17.8mm，錨索長度為7300mm，錨索的間排距為1800mm，同樣采用樹脂卷對錨索錨固進行加長處理，所采用錨固劑的類型分別為K2335和Z2360，經錨固加長處理后錨固的長度為1860mm，為錨索所施加預緊力的大小為180kN。此外，針對頂板支護為其增加W鋼帶和菱形金屬網的支護方式。

3.2 合理設計錨桿

錨桿支護是一項對技術要求很高的作業，從以往的情況來看，錨桿支護都依據過去的實踐經驗開展，而井下作業環境十分復雜，因此，難以進行有效控制，這也就導致檢測錨桿時，會出現數據不合理情況。針對上述可能存在的各項問題，在實際作業期間，不僅要增加技術人員和錨桿支護技術投入，而且還要做好以下幾項工作 ：積極與具有資質的科研機構進行合作，對礦區內地質情況進行全面監測。對以往錨桿支護作業經驗，以及總結，獲取到圍巖參數制定的合理設計方案，并且確保工程的最終質量能夠滿足應用需求。加強對礦壓情況的監測，煤礦單位要指定專業技術人員，通過對頂板離層儀進行應用，對所在區域的頂底、受壓情況、偏移量等各項內容進行全面監測，要及時將各項數據都傳達給設計人員。設計人員要依據現場監測獲取到各項數據，進行綜合分析，通過分析，最終得到正確支護參數，確保最終的設計方案具有（下轉第90頁）（上接第87頁）較強的實用性，以及較高的技術水平。

3.3 樹脂錨桿規格對錨桿錨固力的影響

樹脂錨桿工作的阻力不僅與錨固段的錨固力有關，還與樹脂錨桿自身的強度有著密切的關系。樹脂錨桿在施工的過程中可以獲取非常大的阻力，并且阻力會隨著樹脂錨桿的規格而產生變化，規格φ28mm的高強度樹脂錨桿比φ16mm的普遍樹脂錨桿的錨固力大1.4倍左右。雖然在直徑為32mm鉆孔中使用規格為φ28mm高強度樹脂錨桿與規格為φ16mm普通樹脂錨桿時，直徑為100mm的高強樹脂錨桿的錨固力約為80kN，而采用28mm規格的高強樹脂錨桿所獲得的施工阻力比28mm規格的高強樹脂錨桿高出約40kN。

3.4 做好地質工作

煤礦企業要成立地質勘探部門，指派專業能力過硬的技術人員負責地質工作，其要對礦區內地質的具體變化情況進行全面監測，并且要依據監測結果對礦井區域的地質變化分布圖等各項地質資料內容進行全面編制;地質勘測部門要對這些料內容進行應用，全面結合巷道頂部監測數據，以及工作面設計過程中的各項資料，綜合分析巷道情況，將地質基礎資料信息及時傳遞給技術部門和施工單位;生產技術部門在得到各項資料后，對資料進行分析，依據分析結果，制定相應的措施，對支護參數進行全面調整，具有針對性的進行支護信號選擇，確保最終支護的合理性與有效性。

4 結束語

我國礦井技術得到了飛速發展，這為巷道錨桿支護的應用發展提供了良好的發展空間。在錨桿支護期間，為了確保錨桿支護在應用期間的有效性，要從提高技術保障、加強施工現場管理工作、加強日常監管幾個方面入手，做好相應分析工作。高強度樹脂錨桿比普通樹脂錨桿支護巷道，巷道片幫后期回采期間對巷道成型控制效果較好。

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