引言
煤巷錨桿是作為一項技術(shù)上較先進、在經(jīng)濟上較合理的巷道支護技術(shù)，因為有著具有支護的效果好、支護成本低、工人勞動強度低、作業(yè)環(huán)境好、安全可靠等一些優(yōu)越性，在近年來煤礦回采巷道支護中得到了長足的發(fā)展，帶來了巨大的一個社會和經(jīng)濟效益。據(jù)不完全統(tǒng)計，在1995年國有重點煤礦在當年新掘煤巷中錨桿支護比重僅為15%左右，而且主要使用在圍巖條件比較簡單的Ⅰ，Ⅱ類回采巷道；到2003年后煤巷錨桿支護比重達到了30%以上，其中國有礦井已達到50%以上，而且逐漸推廣應(yīng)用到圍巖條件復(fù)雜的Ⅲ、Ⅳ類巷道中，使我國的煤礦巷道支護技術(shù)發(fā)展到一個嶄新的階段。在美國、澳大利亞等一些國家對錨桿支護技術(shù)進行了全面的研究，都取得了良好的效果，但是，這些國家的開采地質(zhì)條件相對比較好，開采深度小，與我國煤礦巷道條件有比較大的區(qū)別。我國煤礦的軟巖地層分布十分的廣泛，已初步地將錨梁網(wǎng)、錨噴網(wǎng)、錨索等一些應(yīng)用到軟巖巷道支護中，但采準巷道還要經(jīng)受采動的頻繁影響，大部分巷道服務(wù)年限內(nèi)所產(chǎn)生的圍巖變形量都很大，錨桿支護的安全可靠性仍是尚待解決的一個技術(shù)難題。因此，本文就影響錨桿支護效果的因素和提高錨桿支護安全可靠性的措施作以分析，以便和同行交流學習。
1國內(nèi)錨桿支護理論發(fā)展歷程
錨桿支護技術(shù)在20世紀40年代美國、前蘇聯(lián)就已在井下巷道中使用了。經(jīng)過了幾十年的快速發(fā)展，美國、澳大利亞等一些國家錨桿支護使用很普遍。錨桿支護機理研究在隨著錨桿支護實踐在不斷的發(fā)展，在支護理論方面而言，目前，在我國較成熟的錨桿支護理論主要可歸納為分4大類：
1.1基于錨桿的懸吊作用而提出的懸吊理論，該理論認為把由于開挖、爆破等一些造成的松動巖塊穩(wěn)固（懸吊）在穩(wěn)定巖層上，防止破碎巖塊的冒落，在堅硬節(jié)理發(fā)育的巖塊處，錨桿通常起這種作用。
1.2基于錨桿的擠壓作用提出的組合梁理論，其實質(zhì)是通過錨桿的徑向力作用將疊合梁的巖層擠緊，增大層間的摩擦力，同時錨桿的抗剪能力也阻止層間錯動，從而將疊合梁轉(zhuǎn)化為組合梁。
1.3基于錨桿的加固作用提出的組合拱理論，該理論認為錨桿能限制、約束圍巖土體變形，并向圍巖土體施加壓力，從而使處于二維應(yīng)力狀態(tài)的地層外表面巖土體保持三維應(yīng)力狀態(tài)，錨桿的組合拱作用機理是錨桿制約圍巖縱向和橫向變形的能力的組合。
1.4國內(nèi)很多學者對錨桿作用機理做了大量的深入研究與探討，綜合錨桿各方面的作用而提出的松動圈支護理論、錨固體強度強化理論、典型類比分析法、錨注理論、最大水平應(yīng)力理論以及錨桿桁架支護理論等。
2影響錨桿支護技術(shù)的因素
2.1在現(xiàn)有錨桿支護設(shè)計方法的欠缺目前煤巷錨桿支護設(shè)計主要是以工程類比法和理論分析法為主的。采用工程類比的方法，憑經(jīng)驗，缺乏科學的設(shè)計依據(jù)。在采用理論分析法時，井下工程實踐中，各種條件不斷的發(fā)生變化，無論是采用哪種的設(shè)計方法，實際要求的支護參數(shù)不可避免地與計算的支護參數(shù)之間產(chǎn)生偏差，目前尚未形成綜合各種支護原理的錨桿支護參數(shù)計算方法。實際用于設(shè)計的基礎(chǔ)參數(shù)是巷道周圍某幾個點(甚至僅一個點)的綜合地質(zhì)技術(shù)資料的平均值，設(shè)計出的錨桿參數(shù)為整條巷道服務(wù)，導致巷道絕大部分區(qū)域設(shè)計的錨桿參數(shù)過高，又使巷道的某些局部地質(zhì)技術(shù)條件變化區(qū)域設(shè)計的錨桿支護參數(shù)不足，引發(fā)局部冒頂事故。
2.2地質(zhì)條件預(yù)測不全面煤礦巖體是一個極其復(fù)雜的地質(zhì)體，在進行巷道布置和支護設(shè)計時，很多的煤礦生產(chǎn)部門不充分的了解圍巖各類地質(zhì)條件。在實際生產(chǎn)中，很少采取有效的手段對圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)、錨固性能進行測試，支護設(shè)計理想化，各種弱面尤其是沿巷道走向方向的弱面，不能夠被及時的發(fā)現(xiàn)并采取針對性的加強支護措施，很容易發(fā)生頂板事故。
2.3錨桿施工工程質(zhì)量不是絕對的。在煤巷錨桿支護作業(yè)的工程質(zhì)量中有一定的隱蔽性，頂板破壞失穩(wěn)一般無明顯預(yù)兆，一旦發(fā)生了冒頂，規(guī)模會經(jīng)常比較大。另外在實踐中，由于受施工機具、安裝工藝、操作人員素質(zhì)等一些的影響，高預(yù)拉力錨桿很難實現(xiàn)，不能預(yù)加錨桿足夠的初錨力。
3提高錨桿支護安全可靠性的建議
3.1科學的錨桿支護的設(shè)計方法在借鑒國外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的具體實際情況，以地應(yīng)力現(xiàn)場實測值為基礎(chǔ)，總結(jié)出“地應(yīng)力學評估→初始支護設(shè)計→現(xiàn)場監(jiān)測→信息反饋及設(shè)計的修正完善”的動態(tài)設(shè)計方法，該設(shè)計方法的針對性強，可靠性比較高，可以預(yù)測巷道頂板圍巖的穩(wěn)定性，工程質(zhì)量上容易于保證，有利于科學化地管理，從而簡化了設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集工作。另外在進行地應(yīng)力學評估時，生產(chǎn)部門應(yīng)運用先進的設(shè)備和技術(shù)，對地應(yīng)力大小、圍巖強度和結(jié)構(gòu)、圍巖位移及破壞范圍進行測試，要弄清煤層圍巖體物理力學性質(zhì)，認真的分析井下生產(chǎn)地質(zhì)資料，為合理支護設(shè)計提供科學依據(jù)。
3.2高強度、高預(yù)應(yīng)力組合式錨桿支護體系
3.2.1開發(fā)推廣等強錨桿。在一般地螺紋鋼錨桿加工時采用先車后滾絲的工藝，螺紋處的桿體強度損失了20%左右。當巷道頂板受動壓或沖擊地壓影響時，往往在螺紋部位突然斷裂而使錨桿體失效。因此，應(yīng)采取措施提高螺紋部位的強度，使的錨桿在整體上具有等強性。
3.2.2預(yù)應(yīng)力錨桿和錨索、桁架的組合支護。在高地應(yīng)力厚層復(fù)合頂板條件下控制巷道變形和防止頂板離層方面顯示出其巨大的優(yōu)越性，組合支護的關(guān)鍵就是同步承載和剛度匹配問題，按照目前的技術(shù)水平，高性能錨桿預(yù)拉力僅不超過20～30kN，因而錨索和桁架的預(yù)拉力一般不應(yīng)超過60～80kN，才能夠形成同步承載。
3.2.3可靠實用的礦壓監(jiān)測技術(shù)。錨桿支護屬于隱蔽性工程，在設(shè)計不合理或者說施工質(zhì)量不符合要求，常常會造成頂板離層冒落。礦壓監(jiān)測是錨桿支護的一道重要的安全防線，支護參數(shù)是否合理，支護效果如何，全靠是常礦壓監(jiān)測提供數(shù)據(jù)資料。按照不同用途可分為3類：錨桿支護巷道安全監(jiān)測的內(nèi)容主要有兩方面：一是巷道圍巖位移量的監(jiān)測，例如LBY—3型頂板離層指示儀和多點位移計；二是支護構(gòu)件(錨桿、錨索)受力的監(jiān)測，例如GYS—300型錨桿(索)測力計。三是用于監(jiān)測錨桿性能及安設(shè)質(zhì)量的錨桿拉力計，包括桿體性能質(zhì)量、錨固劑質(zhì)量和錨桿施工質(zhì)量。錨桿巷道的監(jiān)測與錨桿巷道的設(shè)計和施工同等重要，應(yīng)盡早盡快規(guī)范監(jiān)測手段，規(guī)范監(jiān)測內(nèi)容。及時掌握巷道頂板下沉及離層狀況，發(fā)現(xiàn)異常，及時采取補強措施，確保錨桿支護效果及安全可靠性。
3.2.4完善和發(fā)展配套的錨桿機具。在我國目前所使用的錨桿鉆機存在鉆頭、釬桿的零部件質(zhì)量不可靠、打眼及藥卷和擰螺母安裝速度慢等一些主要問題。因此，要實現(xiàn)快速掘進，一定要研制新型錨桿鉆機及其配套的系統(tǒng)零部件。當前由煤炭科學研究總院上海分院設(shè)計、中國礦業(yè)大學機械廠生產(chǎn)的MDS3型電動錨桿鉆機性能較好，有良好的應(yīng)用前景。另外現(xiàn)有掘進機不帶錨桿鉆機，不能實現(xiàn)切割與錨桿支護平行作業(yè)，嚴重影響掘進速度?，F(xiàn)在澳大利亞液壓工程公司生產(chǎn)的機載錨桿機，擁有ARO4000系列頂錨桿鉆機、ARO5500系列幫錨桿鉆機等型號，可安裝在任何型號掘進機上，能夠?qū)崿F(xiàn)頂幫錨桿的快速安裝。
3.2.5加強施工人員的技術(shù)施工管理，要求工人嚴格按施工組織設(shè)計施工。在錨桿的安裝時，要嚴格按照施工順序和操作程序施工，無論是幫部錨桿或者頂部錨桿，在合理使用打眼錨桿機的同時，要做到如下幾點很重要：第一，杜絕干打眼，保證在風水電正常情況下工作。第二，在裝樹脂藥卷時，一定要把藥卷的順序搞對，快速和中速的不能搞混。第三，按要求安裝完錨桿后，必須用預(yù)應(yīng)力扳手將錨桿托盤螺絲擰緊，使其緊貼巖面，達到預(yù)應(yīng)力值。
在“八五”期間，我國在原有掘進機上進行了機載錨桿鉆機的研究，效果有點欠佳。研制掘錨聯(lián)合機組，它將是我國煤巷快速掘進的又一發(fā)展方向。
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