陳濤

【摘 要】論文研究了適用于大斷面煤巷支護(hù)中的高強(qiáng)度錨桿，并運(yùn)用相關(guān)模型模擬了在不同錨桿支護(hù)中巷道圍巖應(yīng)力場的分布規(guī)律和分布特征，旨在對高強(qiáng)度錨桿支護(hù)技術(shù)在大斷面煤巷中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

【Abstract】This paper researched the high strength bolt applied in large section coal roadway support.The distribution law and distribution characteristics of stress field of roadway surrounding rock under different bolt support are simulated by using correlation model.The purpose of this paper is to study the application of high strength bolt support technology in large section coal roadway.

【關(guān)鍵詞】高強(qiáng)度錨桿支護(hù)技術(shù)；大斷面煤巷；應(yīng)用

【Keywords】 high strength bolt supporting technology；large section coal roadway；application；

【中圖分類號】TD82 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0178-02

1 引言

在進(jìn)行了相關(guān)的研究之后，筆者發(fā)現(xiàn)在錨桿支護(hù)系統(tǒng)之中起著決定性作用的參數(shù)是預(yù)緊力，錨桿預(yù)緊力的增加可以更加有效的使得巷道圍巖壓應(yīng)力場的應(yīng)力值和其擴(kuò)散范圍隨之增大。同時(shí)，在對錨桿長度進(jìn)行選擇的時(shí)候不僅需要考慮到錨桿預(yù)應(yīng)力，更加需要考慮可錨性以及巷道圍巖破碎程度。倘若是相同的錨桿材料，那么直徑越大的錨桿材料，其強(qiáng)度也會越高，預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散的范圍也會更大。倘若錨桿跟巖面布置是垂直的情況的話，那么巷道圍巖壓應(yīng)力區(qū)將會更加均勻的進(jìn)行分布，從而錨桿預(yù)應(yīng)力將會得到更佳的疊加效果。通過井下試驗(yàn)證明，高強(qiáng)度錨桿支護(hù)技術(shù)可以給大斷面煤巷帶去更加有效的支護(hù)手段。

2 概況

因?yàn)榛夭晒ぷ髅娲蠖嗍谴笮偷脑O(shè)備，所以開采強(qiáng)度以及產(chǎn)量都得到了顯著的提高，那么為了使得運(yùn)輸、通風(fēng)和行人都保證正常的狀態(tài)，就需要不斷地?cái)U(kuò)大巷道斷面。至今為止，回采巷道寬度大致已經(jīng)可以達(dá)到五米到六米之間，斷面積也可以達(dá)到十五到二十平方米之間。開切眼跨度可以達(dá)到十米，斷面積可以達(dá)四十平方米。但是，不斷增加的巷道斷面所帶來的就是支護(hù)難度的不斷提升。對于特厚煤層的采放以及頂煤開采而言，為了使得放煤效果以及采出率得以提高，就必須使得工作面過風(fēng)斷面得到擴(kuò)大，從而更好地解決通風(fēng)以及瓦斯的問題。目前，采高被逐漸變大，正在朝著大采高綜放開采方向發(fā)展[1]。然后，不斷增大的采高必定會致使回采巷道的煤幫高度不斷增大，以致于會形成一類高煤幫以及大斷面巷道。同時(shí)，加大的巷道高度還會使得煤幫的穩(wěn)定性以及變形受到影響，甚至?xí)茣锏绹鷰r的穩(wěn)定性，導(dǎo)致嚴(yán)重的巷道支護(hù)困難。就目前的情況來看，我國煤礦巷道大多是采用錨桿支護(hù)的方式。國家的很多重點(diǎn)煤礦已經(jīng)達(dá)到了60%的平均錨桿支護(hù)率，甚至有一部分已經(jīng)達(dá)到了90%或者是100%?，F(xiàn)在大部分的支護(hù)問題已經(jīng)被錨桿支護(hù)技術(shù)以及支護(hù)材料所解決了，同時(shí)還獲得了很好的支護(hù)效果以及經(jīng)濟(jì)效益。不過，在一些大采高綜放開采中所涉及的高煤幫以及大斷面巷道之中，支護(hù)技術(shù)還將面臨更高層次的要求。部分低強(qiáng)度的錨桿支護(hù)難以在困難巷道中獲得良好的效果?？偨Y(jié)起來，問題主要體現(xiàn)在以下的兩個(gè)方面。首先是錨桿強(qiáng)度低的問題?，F(xiàn)在的錨桿屈服強(qiáng)度是335到400MPa之間，而拉斷強(qiáng)度是500到600MPa之間，而在一致的支護(hù)強(qiáng)度之中，因?yàn)殄^桿強(qiáng)度比較低，所以更加需要高支護(hù)密度[2]。其次就是錨桿支護(hù)剛度低的問題。主要影響支護(hù)剛度的因素是錨桿預(yù)緊力與錨固方式，所以，只要想達(dá)到高剛度，就必須要在高預(yù)緊力條件下進(jìn)行高強(qiáng)度錨桿加長。但是，仍然會因?yàn)殄^桿加工精度不高、輸出扭矩小和認(rèn)識不足等原因?qū)е洛^桿預(yù)緊力矩以及預(yù)緊力難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，從而錨桿的支護(hù)作用難以得到真正的發(fā)揮。為了解決超高煤幫以及特大斷面的煤巷支護(hù)的相關(guān)問題，我們現(xiàn)在需要做的事就是對大斷面高強(qiáng)錨桿的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究。

3 錨桿支護(hù)理論發(fā)展與材料研發(fā)

3.1 深化錨桿的支護(hù)理論認(rèn)知

在錨桿支護(hù)被發(fā)明并且投入使用之后，有一部分的學(xué)者廣泛的探討了有關(guān)于錨桿支護(hù)作用機(jī)理的研究。至今為止，這些學(xué)者已經(jīng)前前后后總共提出了大約十多種錨桿支護(hù)理論，其中比較常見的就有如懸吊理論以及組合梁理論和加固拱理論。在具體的實(shí)踐之中，這些支護(hù)理論都發(fā)揮出了十分積極的作用[3]。不過，每一類的理論都是存在相關(guān)的適用條件的，同時(shí)還會在不同的層面之上存在著與之相應(yīng)的局限性和片面性以及不合理性與不可操作性。最近幾年，在國內(nèi)外學(xué)者的共同努力之下，對于煤礦巷道的錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了更加深入細(xì)致的研究，因此錨桿支護(hù)理論獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。學(xué)者也更加認(rèn)識到在錨桿支護(hù)中預(yù)緊力所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。比如錨桿可以強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度，約束圍巖結(jié)構(gòu)面的擴(kuò)容變形，并且還可以保持圍巖的完整性。這些認(rèn)識都可以促進(jìn)錨桿支護(hù)效果獲得顯著提高，尤其是給一些大斷面巷道支護(hù)工作帶去了重要的理論指導(dǎo)。

3.2 研制高強(qiáng)錨桿支護(hù)材料

有兩種途徑可以用來提高錨桿桿體的強(qiáng)度。首先是開發(fā)專門用于錨桿的高強(qiáng)度鋼材。其次是將調(diào)質(zhì)處理用于普通建筑螺紋鋼之中以不斷提高桿體強(qiáng)度。于是，在研發(fā)高強(qiáng)錨桿的支護(hù)材料的過程之中，一般會將這兩種方案結(jié)合起來使用。第一步是要煉鋼并逐漸開發(fā)強(qiáng)力錨桿的桿體材料，同時(shí)設(shè)計(jì)出專門的錨桿鋼材配方，之后在鋼中融進(jìn)V、Ti、Nb等不同的化學(xué)元素來改變鋼材原本的力學(xué)性質(zhì)。而在對煉鋼進(jìn)軋制工藝的時(shí)候，就需要用到合理的軋制工藝來持續(xù)加工出那些含有高強(qiáng)度以及高延伸性特征的錨桿桿體。

4 高強(qiáng)度錨桿支護(hù)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

4.1 大斷面巷道的高強(qiáng)度錨桿支護(hù)

在進(jìn)行大斷面巷道的高強(qiáng)度錨桿支護(hù)工作之時(shí)，其工作面的主要采煤層四到九煤層，煤層的總體厚度在25.04到37.76m之間，平均厚度為31.40m。因此，煤層比較厚，層位比較穩(wěn)定，煤層的傾斜角為4到10度。但是其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此，當(dāng)錨桿長度不斷增加的時(shí)候，壓應(yīng)力區(qū)范圍以及厚度都在不斷增加，于是錨桿作用范圍也在逐漸擴(kuò)大。倘若錨桿中部以及上部的壓應(yīng)力在持續(xù)減小，那么兩個(gè)錨桿中部的圍巖壓應(yīng)力也會隨之減小[4]。這就表明，如果預(yù)應(yīng)力是固定的，那么錨桿越長，則預(yù)應(yīng)力作用就會越模糊，主動支護(hù)性也會更差。因此，錨桿越長的話，那么所要施加的預(yù)應(yīng)力也就應(yīng)該變得更大。從而才可以形成良好的支護(hù)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的支護(hù)效果。

4.2 支護(hù)效果

在進(jìn)行巷道掘進(jìn)以及支護(hù)施工的過程之中，主要的工作就是檢測巷道圍巖的變形情況。雖然在掘進(jìn)期間，巷道會發(fā)生相應(yīng)的位移，但是就總體而言，工作面回采期間的巷道圍巖尚未出現(xiàn)明顯破壞，巷道也沒有出現(xiàn)大幅變形量，因此是完全符合運(yùn)輸與通風(fēng)需要的。根據(jù)總體的監(jiān)測數(shù)據(jù)情況來看，在掘進(jìn)期間，巷道的變形量還是比較小的，因此與之相對應(yīng)的支護(hù)效果也是十分良好的。

5 結(jié)語

總而言之，錨桿對巷道所起到的支護(hù)作用大多是錨桿預(yù)緊力作用于壓應(yīng)力區(qū)所產(chǎn)生的，同時(shí)他還能夠跟其他支護(hù)構(gòu)件一起構(gòu)成預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)來強(qiáng)化巷道圍巖并且約束圍巖結(jié)構(gòu)面的擴(kuò)容變形情況以保持完整穩(wěn)定的巷道圍巖。同時(shí)，大斷面煤巷的錨桿支護(hù)參數(shù)有很多種類，但是其中最為關(guān)鍵并且起著決定性作用的是預(yù)應(yīng)力。因此，錨桿強(qiáng)度越大則表示可施加預(yù)應(yīng)力也會更高，不過施加錨桿預(yù)應(yīng)力之前還是要對巷道圍巖可錨性進(jìn)行深入考慮。最后，高強(qiáng)度高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)可以在很大程度上防止大斷面巷道圍巖發(fā)生嚴(yán)重的變形。

【參考文獻(xiàn)】

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