探究礦建工程巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

李 敏

（山西西山金信建筑有限公司， 山西 太原 030200）

0 引言

在礦建工程施工中，巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的有效應(yīng)用可以強(qiáng)化巷道圍巖穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)坍塌等安全事故。與此同時(shí)，大量工程實(shí)踐表明，巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)具有良好的經(jīng)濟(jì)性，有助于企業(yè)降低施工成本，實(shí)現(xiàn)效益最大化。因此，出于對(duì)成本管理、安全管理以及進(jìn)度管理的多重考慮，礦建工程施工單位，必須在日常作業(yè)中有效運(yùn)用并合理優(yōu)化巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，從而整體推動(dòng)我國(guó)礦業(yè)行業(yè)的發(fā)展。

1 錨桿支護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)介

在礦建工程巷道掘進(jìn)施工中，錨桿支護(hù)不僅主要用于加固圍巖，同時(shí)還起到減跨作用、擠壓加固拱作用、組合梁作用和懸吊作用。其中，通過(guò)加固圍巖，離巷道較近的巖石會(huì)受到二向受力，深入的巖石會(huì)受到三向受力；減跨作用是指借助錨桿減少對(duì)力拱的高度和跨度；擠壓加固則是借助錨桿連接巷道周?chē)鷰r體，使其形成一個(gè)可以有效承接拱形壓縮帶的承載結(jié)構(gòu)；組合梁支護(hù)主要用于提升梁板的抗彎強(qiáng)度；懸吊作用則是運(yùn)用錨桿支撐圍巖和軟巖質(zhì)量，避免其發(fā)生墜落，使巷道保持穩(wěn)定。整體來(lái)說(shuō)，錨桿支護(hù)技術(shù)的基本原理是通過(guò)提升巖層的抗剪強(qiáng)度而達(dá)到穩(wěn)定巷道的目的。

2 礦建工程巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 機(jī)械化程度高

在傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采模式中，有關(guān)部門(mén)及施工人員往往會(huì)采用棚式支護(hù)方法開(kāi)展巷道掘進(jìn)施工，這種技術(shù)操作便捷，但卻不符合當(dāng)前礦業(yè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。因此，隨著機(jī)械化作業(yè)發(fā)展成為行業(yè)熱點(diǎn)，錨桿支護(hù)技術(shù)逐漸步入公眾視野。通過(guò)運(yùn)用錨桿支護(hù)技術(shù)，不僅可以在一定程度上節(jié)省人工成本，提升作業(yè)效率，同時(shí)可以增強(qiáng)施工人員安全保障，這正是機(jī)械化作業(yè)為創(chuàng)建工程發(fā)展所帶來(lái)的重要變革[1-2]。

2.2 施工成本低

礦建工程巷道施工周期普遍較長(zhǎng)，這意味著企業(yè)必須投入大量的人力、物力以及財(cái)力成本，成本控制難度系數(shù)較大。但是，隨著錨桿技術(shù)在航道施工中的應(yīng)用愈發(fā)普及，技術(shù)人員完全可以通過(guò)分析復(fù)雜巷道頂巖應(yīng)力場(chǎng)制定支護(hù)方案，以錨桿施工技術(shù)為重要?jiǎng)恿Γ嵘こ探ㄔO(shè)效率，保證施工有序開(kāi)展，減少不必要的成本支出。

2.3 支護(hù)強(qiáng)度高

錨桿支護(hù)技術(shù)是公認(rèn)的安全系數(shù)較高的巷道施工技術(shù)之一。在具體實(shí)踐應(yīng)用中，技術(shù)人員可以借助錨桿支護(hù)技術(shù)加固巷道內(nèi)壁巖石，避免出現(xiàn)塌方的事故。而且，經(jīng)施工處理后，巷道的堅(jiān)固性將會(huì)得到整體提升，也在一定程度為后期的施工作業(yè)筑牢了安全防線(xiàn)。

3 礦建工程巷道掘進(jìn)

3.1 巷內(nèi)支護(hù)

3.1.1 基本支護(hù)

在礦建工程巷道施工準(zhǔn)備階段，設(shè)計(jì)人員需要以巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)為著手點(diǎn)，制定健全的新支護(hù)方案，并從以下幾方面分析巷內(nèi)基本支護(hù)情況：其一，明確支護(hù)形式。在支護(hù)施工中，出于安全和效率的雙重考慮，施工人員必須注意控制圍巖、支護(hù)局部結(jié)構(gòu)收斂變形比，確保其符合工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)采取有效手段增加預(yù)應(yīng)力和強(qiáng)力錨桿，避免巷道圍巖出現(xiàn)局部變形。其二，科學(xué)選擇材料。圍巖結(jié)構(gòu)變形可能受到多種因素共同作用，一次加固并不能高枕無(wú)憂(yōu)。大量實(shí)踐表明，在進(jìn)行加固后，圍巖依舊可能發(fā)生整體沉降現(xiàn)象，其根本原因在于支護(hù)高度不夠、受力不均勻。針對(duì)這一現(xiàn)象，施工人員應(yīng)優(yōu)先選擇柔韌性、延展性良好的支護(hù)材料，通過(guò)材料在主體錨桿和錨索之間發(fā)揮輔助作用，避免圍巖沉降。其三，確定支護(hù)參數(shù)。在巷道施工中，相關(guān)人員可借助數(shù)字模擬技術(shù)對(duì)錨索和錨桿支護(hù)的參數(shù)進(jìn)行分析和確定。通常情況下，直徑22 mm、長(zhǎng)度2.5 m 左右的樹(shù)脂材料錨桿就可完成一次性加長(zhǎng)。巷內(nèi)支護(hù)示意圖，如圖1 所示。

圖1 巷內(nèi)支護(hù)示意圖（單位：mm）

3.1.2 加強(qiáng)支護(hù)

加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)是保障校內(nèi)頂層和周邊圍巖穩(wěn)定性的重要舉措。在加強(qiáng)支護(hù)過(guò)程中，受掘進(jìn)作業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)占地基上壓力以及巷道兩側(cè)填充物強(qiáng)度的影響，正常掘進(jìn)作業(yè)可能受阻。為攻克這一難題，礦建工程施工人員可以重點(diǎn)加固巷道頂板加強(qiáng)支護(hù)，先解決頂層沉降問(wèn)題，再克服頂板巖層離層現(xiàn)象，使頂板結(jié)構(gòu)保持完整，發(fā)揮良好的支撐作用。除此以外，結(jié)合礦建工程項(xiàng)目的具體要求，設(shè)計(jì)人員以及施工人員也可以嘗試運(yùn)用專(zhuān)業(yè)的加強(qiáng)型支護(hù)液壓支架，實(shí)現(xiàn)推拉自由移動(dòng)[3-4]。

3.2 巷旁支護(hù)

巷旁支護(hù)是現(xiàn)階段礦建工程巷道掘進(jìn)作業(yè)的常見(jiàn)形式，同時(shí)也是一類(lèi)比較具有代表性的錨桿支護(hù)技術(shù)。其中，應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬充填式巷道支護(hù)，這一支護(hù)方式側(cè)重解決因基層屋蓋和巖層旋轉(zhuǎn)下沉而引起的變形問(wèn)題，同時(shí)可以拓寬巷道內(nèi)部空間，穩(wěn)定性和實(shí)用性均有所保障。

3.2.1 錨索施工

結(jié)合現(xiàn)階段巷旁支護(hù)作業(yè)形式的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，只有嚴(yán)格遵循施工規(guī)范，合理運(yùn)用錨索、錨桿等材料，才能使得充填式巷子旁錨索支護(hù)技術(shù)效果得到充分彰顯。具體來(lái)說(shuō)，錨索施工中應(yīng)注意如下要點(diǎn)：首先，為避免因出現(xiàn)松軟飽水、破碎的巖層而引發(fā)坍塌縮孔事故，在錨索施工中不宜使用鉆孔機(jī)鉆孔，而可以嘗試運(yùn)用跟管鉆進(jìn)技術(shù)，并對(duì)巷道巖層的分布情況展開(kāi)分析，合理控制鉆孔的速度，通過(guò)技術(shù)控制避免出現(xiàn)鉆孔扭曲的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)順利下錨。其次，選擇合適的錨具，并通過(guò)涂抹黃油，防止鋼絞線(xiàn)腐蝕[5-6]。

3.2.2 錨孔注漿

在將錨索束正確放入并且檢查無(wú)誤后，需要及時(shí)進(jìn)行注漿作業(yè)，并且需要使用孔底注漿法對(duì)作業(yè)部位進(jìn)行水泥砂漿灌注，在灌注作業(yè)過(guò)程中需要注意將壓力控制在0.6～0.8 MPa 之間，以保證灌注作業(yè)的連續(xù)性，嚴(yán)禁在注漿期間中途停止，保證結(jié)構(gòu)內(nèi)部密實(shí)飽滿(mǎn)，不存在空氣或縫隙，需要注意的是在完成初次注漿工作后，混凝土在接下來(lái)的24 h 內(nèi)會(huì)逐漸發(fā)生不同程度的收縮現(xiàn)象，在發(fā)生收縮后應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿。除此之外，注漿作業(yè)所使用的水泥砂漿應(yīng)當(dāng)避免長(zhǎng)期保存，配完即用，并且在灌注過(guò)程中注意攪拌，保證成分均勻。在完成灌注作業(yè)后，為避免相關(guān)設(shè)備損壞或堵塞，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行充分的清理保養(yǎng)。最后，進(jìn)行錨索張拉的條件是錨孔內(nèi)水泥砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%[7]。

3.2.3 預(yù)應(yīng)力張拉

相關(guān)研究結(jié)果表明，為保證施工項(xiàng)目最終符合施工要求，應(yīng)采用分級(jí)法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉與鎖定，并且在設(shè)計(jì)張拉完成7～10 d 后還需要依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際形況開(kāi)展相應(yīng)的補(bǔ)償張拉，在完成后進(jìn)行鎖定。在大多數(shù)工程項(xiàng)目中在錨索完成安裝與張拉后，其受力情況不會(huì)產(chǎn)生較大變化，且在距離掘進(jìn)面21 m 左右時(shí)，錨索的受力情況應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定。同時(shí)必須要沿著巷道長(zhǎng)度5 cm 來(lái)確定煤壁的位置，巷道的挖掘與拓寬工作要在前者向下3 cm 的范圍內(nèi)進(jìn)行，以確保對(duì)錨桿的支護(hù)作用。

3 結(jié)語(yǔ)

錨桿支護(hù)技術(shù)在礦建工程巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用可以提升向到圍巖的穩(wěn)定性，對(duì)施工質(zhì)量控制、進(jìn)度控制以及成本控制具有重要現(xiàn)實(shí)意義。因此，在技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，相關(guān)部門(mén)及人員應(yīng)遵循技術(shù)原理，把握技術(shù)要點(diǎn)，科學(xué)設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用方案，從而提升工程建設(shè)效果。