郭國(guó)平

(山西長(zhǎng)治經(jīng)坊莊子河煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100)

1 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于煤炭資源的需求量越來(lái)越大，但是長(zhǎng)期的開(kāi)采導(dǎo)致我國(guó)煤炭資源日益枯竭，淺層煤炭幾乎被開(kāi)采殆盡，煤炭開(kāi)采開(kāi)始向深層煤炭資源邁進(jìn)。在進(jìn)行煤炭開(kāi)采時(shí)，需要保持巷道的暢通，保證圍巖的穩(wěn)定，隨著煤炭開(kāi)采深度的加深，井下環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜，使深層煤炭開(kāi)采具有相當(dāng)大的難度。井下開(kāi)采程度不斷加強(qiáng)，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，出現(xiàn)了很多高地應(yīng)力巷道、特大斷面巷道以及松軟破碎圍巖巷道等，極大地增加了巷道的支護(hù)難度，傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代煤炭開(kāi)采的需要，所以研究新的煤炭巷道支護(hù)技術(shù)勢(shì)在必行。煤礦巷道支護(hù)技術(shù)在經(jīng)歷了木支護(hù)、型鋼支護(hù)以及砌碹支護(hù)等技術(shù)后，錨桿支護(hù)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代煤礦開(kāi)采中，成為國(guó)內(nèi)外主要的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)。

2 幾種主要的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)

煤礦巷道支護(hù)技術(shù)多種多樣，可以按照支護(hù)技術(shù)對(duì)圍巖作用方式的不同把煤炭巷道支護(hù)技術(shù)分為4種，第一種是支護(hù)力作用在巷道圍巖表面的支護(hù)形式，這種支護(hù)方式主要包括支架支護(hù)以及砌碹支護(hù)等；第二種是用來(lái)改變巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)的支護(hù)形式，這種形式能夠使巷道處于圍巖應(yīng)力較低的區(qū)域，減少巷道所承受的圍巖應(yīng)力；第三種是幾種支護(hù)力同時(shí)作用于圍巖表面和圍巖內(nèi)部的支護(hù)形式，主要包括錨桿支護(hù)和錨索支護(hù)等；第四種是通過(guò)改善巷道圍巖的化學(xué)性質(zhì)來(lái)達(dá)到強(qiáng)化巷道圍巖的強(qiáng)度，達(dá)到保護(hù)巷道的目的?；谝陨蠋追N形式的支護(hù)技術(shù)，在實(shí)際的煤礦開(kāi)采中巷道支護(hù)技術(shù)主要有砌碹

支護(hù)技術(shù)、應(yīng)力控制技術(shù)、棚式支架、注漿加固技術(shù)、錨噴支護(hù)以及復(fù)合支護(hù)等[1]。這些支護(hù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)劣，所以在實(shí)際的煤礦巷道支護(hù)中經(jīng)常使用兩種或者兩種以上支護(hù)技術(shù)相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行巷道保護(hù)，即復(fù)合支護(hù)。復(fù)合支護(hù)能夠綜合幾種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，更好地發(fā)揮支護(hù)技術(shù)對(duì)巷道的保護(hù)效果，由于復(fù)合支護(hù)的適用性比較強(qiáng)，所以廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境的巷道之中。但是復(fù)合支護(hù)技術(shù)也存在著費(fèi)用高、成巷慢以及組合困難等缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的研究。

3 煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

3.1 錨桿支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用

我國(guó)很多煤礦的巷道都是軟巖巷道，這種巷道支護(hù)困難很大。軟巖巷道主要有以下幾個(gè)特征：軟巖巷道煤層頂部的巖層膠結(jié)性非常弱，一旦遇水，很容易出現(xiàn)膨脹，周圍的圍巖也不夠堅(jiān)固，巷道容易受風(fēng)化作用影響，產(chǎn)生崩解等。在軟巖巷道中，煤層厚度在5m左右，由于煤層在形成過(guò)程中，受節(jié)理發(fā)育的限制性比較強(qiáng)，所以煤層的抗壓能力非常弱。很多煤層頂部以及底板的巖層都是砂質(zhì)類的巖層，巖層松散破碎，抗壓強(qiáng)度很低，一旦遇水就會(huì)發(fā)生膨脹[2]。

在對(duì)軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)，經(jīng)常使用樹(shù)脂全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，使巷道的表面呈現(xiàn)出垂直的狀態(tài)。在支護(hù)過(guò)程中使用金屬網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)，這樣能夠防止軟巖巷道變形，防止巷道的圍巖出現(xiàn)膨脹，保證圍巖的整體性與安全性。還能夠使錨桿的強(qiáng)度和預(yù)應(yīng)力大大提高，防止巖層出現(xiàn)變形或者拉伸狀況，提高錨桿的支護(hù)效果。在軟巖巷道中使用錨桿支護(hù)技術(shù)能夠大大降低巷道的圍巖變形程度，加強(qiáng)巷道的堅(jiān)固性，保障巷道的安全，能夠在最大程度上降低煤礦巷道事故。

隨著錨桿支護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦開(kāi)采中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，目前常用的錨桿支護(hù)技術(shù)主要有3種應(yīng)用情況：第一種是用于存在潛在破壞或者遭受被動(dòng)懸吊破壞情況下的煤巖體中；第二種是用于錨固區(qū)的殼、拱、層或者梁的結(jié)構(gòu)之中；第三種是使用錨桿支護(hù)技術(shù)對(duì)錨固區(qū)圍巖的應(yīng)力狀態(tài)和力學(xué)性能進(jìn)行改變，控制圍巖的破壞或者變形[3]。在實(shí)際的使用過(guò)程中，錨桿支護(hù)主要用于控制圍巖的破壞或者變形，在這種情況下，錨桿的受力曲線可以分為幾種不同的類型，見(jiàn)圖1。圖1中的曲線1代表錨桿的預(yù)應(yīng)力非常低，對(duì)于巷道不能夠起到較好的支護(hù)作用，曲線2、曲線3與曲線4代表錨桿具有一定的預(yù)應(yīng)力，但是對(duì)于圍巖早期的離層控制作用有限，而曲線5則代表錨桿具有很高的預(yù)應(yīng)力，能夠有效控制煤礦巖體的擴(kuò)容變形，能夠?qū)崿F(xiàn)錨桿對(duì)巷道的強(qiáng)力支護(hù)。

圖1 錨桿支護(hù)過(guò)程中的受力變化示意圖

通過(guò)對(duì)圖1的分析，可以明確錨桿支護(hù)在使用過(guò)程中的受力變化特征，根據(jù)錨桿支護(hù)的受力變化特征可以得到支護(hù)圍巖響應(yīng)曲線，見(jiàn)圖2。在圖2中，曲線1～曲線5與圖1中的5條曲線是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，圖2中的曲線1代表錨桿對(duì)圍巖無(wú)支護(hù)作用；曲線2代表錨桿具有較小的圍巖變形，但是在之后卻出現(xiàn)了圍巖位移不斷增加的情況；曲線3代表圍巖逐漸變穩(wěn)；曲線4代表圍巖的位移比較大，并且極不穩(wěn)定，加上錨固力降低，圍巖很容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象；曲線5代表錨桿支護(hù)在強(qiáng)力和預(yù)應(yīng)力方面都能夠達(dá)到較高的水平，能夠?qū)ο锏绹鷰r進(jìn)行有效控制。

圖2 錨桿支護(hù)技術(shù)的圍巖響應(yīng)曲線圖

3.2 煤礦軟巖巷道支護(hù)中存在的問(wèn)題

在實(shí)際的煤礦開(kāi)采過(guò)程中，每一個(gè)煤礦的地質(zhì)情況都不同，所以軟巖巷道的支護(hù)在實(shí)際操作中具有一定的難度。軟巖巷道在支護(hù)過(guò)程中遇到的問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面：在對(duì)巷道進(jìn)行常規(guī)支護(hù)過(guò)程中，有些圍巖的自承圈厚度比較小，圍巖對(duì)于巷道的保護(hù)作用變得非常小，在對(duì)煤礦巷道進(jìn)行挖掘后，巷道內(nèi)的圍巖應(yīng)力會(huì)重新分布，這時(shí)支護(hù)體就要承受非常大的壓力，在實(shí)際支護(hù)過(guò)程中，需要采取有效措施加強(qiáng)支護(hù)體的強(qiáng)度，但是支護(hù)體強(qiáng)度過(guò)大又會(huì)對(duì)圍巖的變形產(chǎn)生較大限制，導(dǎo)致支護(hù)體與圍巖之間不能進(jìn)行有效作用，支護(hù)得不到最大程度的發(fā)揮，軟巖巷道的巖層在受到應(yīng)力時(shí)很容易出現(xiàn)膨脹，在圍巖比較弱的地方，就會(huì)出現(xiàn)較大的變形，容易導(dǎo)致軟巖巷道出現(xiàn)破碎區(qū)，對(duì)圍巖的自承圈造成損害，不利于巷道的安全。

3.3 加強(qiáng)軟巖巷道支護(hù)的措施

在進(jìn)行煤炭資源開(kāi)采時(shí)，如果采取常規(guī)的支護(hù)無(wú)法起到較好的效果，則可以對(duì)巷道實(shí)施第二次支護(hù)，這樣能夠極大地保障第一次支護(hù)的柔性，使支護(hù)體的強(qiáng)度獲得較大程度的提高，并且第二次支護(hù)能夠使圍巖在一定情況下發(fā)生變形，這樣圍巖就能夠釋放出一部分應(yīng)力，增強(qiáng)圍巖的安全性。在加強(qiáng)軟巖巷道的支護(hù)時(shí)，還要考察軟巖巷道內(nèi)的情況，有針對(duì)性地對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行加固，更好地對(duì)軟巖巷道進(jìn)行保護(hù)[4]。對(duì)于那些周圍圍巖比較脆弱的巷道，也可以使用錨梁支護(hù)對(duì)圍巖進(jìn)行加固，防止圍巖的脆弱區(qū)域擴(kuò)大，提高支護(hù)對(duì)于圍巖的約束力，增強(qiáng)巷道的安全性。

4 煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用展望

在經(jīng)過(guò)多年的理論研究以及實(shí)際應(yīng)用之后，積累了很多煤礦巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)也越來(lái)越成熟，成為煤礦開(kāi)采中一項(xiàng)重要的巷道支護(hù)技術(shù)，但是煤礦巷道支護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，

在實(shí)際使用過(guò)程中需要依據(jù)和考慮很多的理論、施工方法、力學(xué)測(cè)試以及材料適用性等，所以在進(jìn)行實(shí)際巷道支護(hù)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)煤礦巷道支護(hù)技術(shù)。還可以通過(guò)開(kāi)展巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試來(lái)研究比較簡(jiǎn)單、可靠的錨桿支護(hù)方法，開(kāi)發(fā)出更多的錨桿支護(hù)新材料與新技術(shù)，對(duì)錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)一步完善，保障煤礦開(kāi)采的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦開(kāi)采企業(yè)對(duì)于巷道支護(hù)技術(shù)提出了更高的要求，由于每個(gè)煤礦的地質(zhì)情況差別較大，所以在進(jìn)行實(shí)際的煤礦巷道支護(hù)時(shí)，要對(duì)煤礦的地質(zhì)情況進(jìn)行充分考察，根據(jù)煤礦的實(shí)際情況選用合適的支護(hù)技術(shù)，防止巷道變形或者坍塌，確保煤礦開(kāi)采安全。

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