【摘要】隨著煤礦開挖深度的不斷增加，巷道支護面臨著重大問題，本文從錨桿錨索支護的作用原理、當前煤礦巷道支護現(xiàn)狀與存在的問題，以及錨桿與錨索聯(lián)合支護的分析這三個方面對錨桿錨索在煤礦巷道支護中的應(yīng)用進行闡述。
一、前言
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，煤作為主要的能源面臨的需求也越來越大，煤礦作為生產(chǎn)煤炭的主體行業(yè)也面臨著向深部開發(fā)的問題，隨著開挖深部的增加，巷道的支護面臨諸多困難，為了提高支護強度，提高安全性，我們需要對錨桿支護在煤礦內(nèi)部的應(yīng)用進行分析。
二、錨桿錨索支護的作用原理
錨桿錨索是直接作用在巷道圍巖的巖石內(nèi)部，不同于以往的木支護以及工字鋼支護，用通俗的語言來說，就是從過去的在圍巖外部的被動支護變?yōu)閲鷰r內(nèi)部的主動支護，這樣可以減少巷道變形，提高支護的承載力。由于巷道圍巖的地質(zhì)條件不同，錨桿錨索支護的形式也有相應(yīng)的變化，使得作用機理也各不相同?，F(xiàn)如今主流的的錨桿支護原理主要有以下幾種：懸吊理論、組合梁(拱)理論、錨桿桁架支護理論等。
懸吊理論適用于老頂較為穩(wěn)定的巖層中，將錨桿與老頂通過樹脂膠進行相連接，從而將直接頂懸吊起來對巷道進行支護；組合梁(拱)理論主要是通過將各個錨桿應(yīng)力作用區(qū)相連接進而形成穩(wěn)定的拱，提高巷道的支護強度。在利用錨桿錨索支護時，由于錨桿錨索支護的作用強度以及剛度均大于圍巖的變形值，同時在支護時改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，同時通過加強對裂隙以及破碎巖石的擠壓，增加錨桿的抗剪強度，從而增大圍巖自身的承載能力。
例如進行平巷掘進，在平巷掘進之后，由于直接頂缺乏支撐，將會發(fā)生沉降變形，此時可以通過錨桿錨索以及托盤將直接頂懸吊起來，將直接頂?shù)淖冃沃缔D(zhuǎn)化為錨桿對老頂?shù)睦?，提高直接頂?shù)姆€(wěn)定性，使得巖層可以形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。錨桿錨索的支護作用效果比較的復(fù)雜，不能簡簡單單的用一個理論進行解釋，尤其是在錨桿錨索對圍巖巖石的加固作用效果上，其主要表現(xiàn)為以下幾個方面：
錨桿錨索通過樹脂膠等膠體與巖層進行穩(wěn)定的連接，提高了巖層的抗拉強度，將巖層變?yōu)橐粋€整體。
通過錨桿錨索與穩(wěn)定巖層相連，可以將不穩(wěn)定巖層懸吊起來，增加對不穩(wěn)定的支護作用效果。
由于錨桿錨索可以起到一定的抗剪作用，可以減少巖層離層的發(fā)生，增加巖層之間的摩擦力，使得巖層形成組合梁，提高了巖層的穩(wěn)定性。
錨桿錨索作用在巖層中，可以改變巖層的受力狀態(tài)，提高圍巖巖層自身的承載能力，促進圍巖巖石與錨桿錨索共同作用。
三、當前煤礦巷道支護現(xiàn)狀與存在的問題
1.錨桿支護技術(shù)發(fā)展狀況
就目前看來，我國的不少煤礦開采的深度已達到1000余米之上，不僅僅開采深度大，而且地質(zhì)構(gòu)造及其復(fù)雜，存在礦井災(zāi)害發(fā)生的可能性，給煤礦的開采帶來了很大的困難。但在不斷地技術(shù)改革和大量的資金投入，新型的技術(shù)和材料被應(yīng)用到巷道支護中，為煤礦巷道支護技術(shù)提供了很大的保障。目前，就應(yīng)用范圍而言，錨桿支護技術(shù)已經(jīng)由穩(wěn)定的巖層、靜壓巷道、全巖巷道發(fā)展到了松軟破碎巖層、動壓巷道、采區(qū)煤巷；就錨桿的種類而言，也有了很大的改善，從木錨桿發(fā)展到了多種多樣的金屬錨桿，例如高強預(yù)應(yīng)力螺紋鋼錨桿；就支護形式而言，錨桿支護的形式由單一的錨桿支護發(fā)展到現(xiàn)在的錨網(wǎng)帶及錨索等多種方式聯(lián)合支護。這都大大推動了錨桿支護技術(shù)的發(fā)展，使得錨桿支護達到了97.15%的應(yīng)用率。
2.錨桿支護存在的問題
雖然煤礦公司在巷道支護方面投入了很大的支持，但巷道支護技術(shù)仍存在很大的問題。其主要表現(xiàn)可概括為以下幾點：
(1)隨著礦井深度的不斷增加和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性的增加，使得巷道的壓力也越來越大。復(fù)雜的地質(zhì)條件極可能留下煤柱、采區(qū)煤柱、斷層構(gòu)造帶煤柱造成應(yīng)力集中，就會增加煤礦巷道的支護難度，由于開采的進行錨桿從托盤拉斷或者跟隨煤體移動，也都會造成巷道的支護困難。
(2)當前的深部巷道圍巖破壞機理仍然存在很大的問題，需要更多的理論研究來支持和完善相應(yīng)的控制工作。
(3)當前仍然采用工程比擬法來對巷道的各個參數(shù)進行指導(dǎo)，沒有形成一個科學嚴謹?shù)挠嬎銠C動態(tài)輔助系統(tǒng)和巷道支護合理性評價系統(tǒng)來支撐錨桿支護工作，也就無法保證巷道的最佳效果和煤礦的安全經(jīng)濟效益。
(4)軟巖破碎帶等地點錨網(wǎng)噴二次支護理論無法在深部動壓影響區(qū)、構(gòu)造壓力帶、軟巖破碎帶等特殊條件下使用，仍需進一步研究。
(5)當前使用的支護材料普遍采用螺距較大、鎖緊力低的全螺紋錨桿，并且經(jīng)受到大震動(如：放炮)后易出現(xiàn)松動的情況，還有其他一些材料和器械都不適應(yīng)煤礦深部的巷道條件，無法滿足所需的支護條件。
四、錨桿與錨索聯(lián)合支護的分析
1.錨桿與錨索聯(lián)合支護。一些綜放工作面其頂扳抗壓強度較低，受壓后易冒落，所以用—般懸吊理論(將頂板懸吊于直接頂)所設(shè)計的錨桿往往較長(2．5m以上)而失去實際意義。由于錨桿支護的作用長度的限制，如果需要的錨桿長度較長時，應(yīng)當采用錨索支護以彌補錨桿不足的情況，這樣承載能力較強。由于錨索可以彎曲，所以可以運用到錨桿孔較深的巖石支護中。將巷道開挖后，裂縫與圍巖擴張所產(chǎn)生的碎脹力作為支護的主要對象，圍巖狀態(tài)不同，松動圈的大小也不同。如果錨桿支護作用形成的壓縮圈厚度小于松動圈的厚度時，錨桿的懸吊作用將會減少，造成頂板的垮落，此時，如果采用錨桿錨索支護可以提高作用范圍，減少直接頂?shù)目迓?，提高直接頂?shù)某休d能力，這樣形成的壓縮圈的厚度也較大，在較大預(yù)應(yīng)力的作用下，把上部穩(wěn)定巖層和下部組成的巖層梁再組合在—起，每根錨索周圍形成的壓縮區(qū)域彼此重疊，在復(fù)合頂板中形成—個厚度更大的均勻連續(xù)壓縮帶，各巖層面互相擠壓層，而摩擦大大增加，使復(fù)合頂板形成拱粱，從而有效的提高了頂板的整體性、穩(wěn)定性，加強了頂板的自承能力。
2.施工技術(shù)要求
在進行巷道支護施工時主要有以下幾個要求：第一，在進行巷道掘進時，應(yīng)當采用光面爆破的方式進行開挖，這也可以減少支護時對巷道斷面的維護量，為支護創(chuàng)造比較有利的條件。第二，在進行錨桿錨索支護之前應(yīng)當采用前探梁進行臨時支護。第三，在進行錨桿孔鉆探時，應(yīng)當確保鉆探角度以及深度，確保支護的作用效果。第四，及時的處理錨桿孔內(nèi)的粉塵，以及孔壁上的煤粉。第五，安裝錨桿時，應(yīng)當用錨桿機將錨桿與樹脂膠卷進行充分攪拌，以保證錨桿與巖層進行充分的粘結(jié)，達到錨固的效果。第六，在錨桿底部應(yīng)當安裝托盤，并且托盤應(yīng)當與巖層進行緊密的接觸。第七，在進行錨桿支護時，應(yīng)當采用專門的拉桿將支架形成一個整體，增加支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
3.聯(lián)合支護效果和經(jīng)濟分析情況
如果單純的采用錨桿支護，這樣支護所花費的成本較高，同時施工時工人的勞動強度比較高，施工工藝比較復(fù)雜，支護效率比較低，而采用錨桿錨索聯(lián)合支護可以很好的解決這些問題。根據(jù)以往的數(shù)據(jù)進行分析，采用錨桿錨索聯(lián)合支護，相比于簡單的支護，花費的費用較少，如果支護的范圍越廣，節(jié)省的費用就比較的多，這樣還可以提高支護的安全系數(shù)。同時，還可以減少巷道通風阻力系數(shù)，減少通風的費用消耗，明顯的改善工人的工作環(huán)境。在這里強調(diào)下高強螺紋鋼錨桿的支護，因為強力錨桿材料費用高，施工難度較大，所以根據(jù)經(jīng)驗建議利用高強錨桿并結(jié)合強力錨桿支護中的加長錨固、球形墊、尼龍墊、錨桿預(yù)緊力較高的特點進行支護。
五、結(jié)語
綜合上述介紹以及比較，我們可以看出，錨桿錨索支護在煤礦巷道支護中占有著較大的優(yōu)勢，經(jīng)過實踐數(shù)據(jù)也可以證實，錨桿錨索支護具有著施工操作方便，支護強度高，支護作用范圍廣的特點，減少巷道返修次數(shù)和難度，提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性，完全可以滿足巷道的支護需求，具有較高的可靠性以及經(jīng)濟性。
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