張克群

（山東許廠(chǎng)煤礦有限公司，山東 濟(jì)寧 272173）

近年來(lái)，隨著我國(guó)生產(chǎn)生活對(duì)煤礦需求的增加，煤礦開(kāi)采的力度與強(qiáng)度逐步增加，我國(guó)煤礦開(kāi)采進(jìn)入了深部開(kāi)采的常態(tài)化階段。開(kāi)采深度的增加也為煤礦開(kāi)采帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是深部圍巖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得在支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，支護(hù)參數(shù)的計(jì)算與確定具有了更高的難度。錨桿支護(hù)技術(shù)是近年來(lái)應(yīng)用最多的支護(hù)技術(shù)，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)本身可以對(duì)巷道圍巖等起到良好的穩(wěn)定與加固作用，保障了煤礦開(kāi)采作業(yè)的安全，有利于減少煤礦開(kāi)采安全事故的發(fā)生。

1 錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的必要性

1.1 解決煤礦掘進(jìn)范圍增加問(wèn)題

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展刺激了煤礦資源的需求，因此，煤礦的開(kāi)采量逐步增大。為滿(mǎn)足使用需求，煤礦掘進(jìn)工作面不斷擴(kuò)張，這種開(kāi)采趨勢(shì)也增大了開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)。為了有效降低煤礦開(kāi)采過(guò)程中安全事故發(fā)生的概率，保證開(kāi)采的效率與質(zhì)量，必須實(shí)現(xiàn)巷道的優(yōu)化，而錨桿支護(hù)技術(shù)在巷道中的應(yīng)用起到了良好的穩(wěn)定與加固效果，有效解決了煤礦掘進(jìn)范圍增加所帶來(lái)的開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

1.2 解決開(kāi)采深度加深問(wèn)題

我國(guó)煤礦資源雖然儲(chǔ)量豐富，但是經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)，淺層煤礦儲(chǔ)量已急劇銳減，近年來(lái)，煤礦開(kāi)采逐步朝著深部開(kāi)發(fā)。在深部開(kāi)發(fā)中，為保證開(kāi)采量，且掘進(jìn)深度逐步增大。這種情況下，開(kāi)采安全事故頻發(fā)，為減少開(kāi)采過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，必須實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的加固，以提升巷道的安全性，為開(kāi)采創(chuàng)造相對(duì)安全的環(huán)境。

1.3 促進(jìn)巷道快速掘進(jìn)

巷道掘進(jìn)中錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用也提升了掘進(jìn)的效率。隨著錨桿支護(hù)技術(shù)形式的多樣性、設(shè)備的先進(jìn)性等，錨桿支護(hù)的效果逐步提升，為快速掘進(jìn)與開(kāi)采創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件。

2 巷道錨桿支護(hù)技術(shù)作用

2.1 組合拱的作用

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，礦井巷道圍巖的巖層存在各種差異，相關(guān)人員在開(kāi)采作業(yè)中要重視對(duì)巖層力學(xué)性質(zhì)等的分析，以保證巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性。有些巖層雖然破碎但是其在特定的條件下具有良好的穩(wěn)定性，對(duì)這種巖層而言，組合拱技術(shù)的應(yīng)用可以起到良好的支護(hù)效果。但對(duì)一些相對(duì)破碎的巖層的處理中，可以采用錨桿組合的方式，這種組合方式可以在一定的時(shí)間內(nèi)形成較為穩(wěn)定的巖層，避免破碎現(xiàn)象的加劇，保證了巷道掘進(jìn)的安全。

2.2 組合梁的作用

組合梁錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用范圍有限，一般應(yīng)用于圍巖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的煤礦開(kāi)采。在實(shí)際的應(yīng)用中，主要是通過(guò)錨桿的組合，實(shí)現(xiàn)多層巖石的錨固，在圍巖周?chē)纬墒辶?，從而提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)巷道的加固。錨桿支護(hù)的組合梁作用，不僅可以大大提升巷道的穩(wěn)定性與安全性，還可以在一定程度上減慢巖層的移動(dòng)速度，提升頂板的抗壓力性能，使得巷道能夠具備較好的承載力?；谠摲N支護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，組合梁錨桿技術(shù)在我國(guó)很多煤礦都得到了應(yīng)用。

2.3 懸吊的作用

錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用中，最為基礎(chǔ)的作用即是懸吊作用。近年來(lái)，隨著錨桿支護(hù)技術(shù)的快速發(fā)展，其支護(hù)功能逐步完善，在煤礦巷道掘進(jìn)中發(fā)揮了越來(lái)越重要的地位與作用。從錨桿支護(hù)的懸吊作用來(lái)講，主要是在煤礦開(kāi)采中提升了巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。具體的應(yīng)用中，利用錨桿對(duì)巷道巖石中出現(xiàn)裂縫的碎石與巖石吊起，阻止這類(lèi)巖石裂縫的擴(kuò)展，從而延緩斷層的形成。但是，從懸吊式錨桿支護(hù)的應(yīng)用效果來(lái)看，其支護(hù)功能具有單一性，在處理局部圍巖失穩(wěn)方面可以起到良好的應(yīng)用效果，但是其對(duì)整體巷道的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生不利的影響，降低了整體巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)

在煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用中，由于支護(hù)方式的多樣性，在支護(hù)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)必須充分考慮多方面的因素，綜合分析巷道斷面的大小、形狀、穩(wěn)定性等因素，確定最優(yōu)的巷道支護(hù)方案。如果煤礦礦井的規(guī)模較小，其巷道的斷面較小，在支護(hù)設(shè)計(jì)中其難度系數(shù)也相對(duì)較小。反之，對(duì)于大規(guī)模的礦井，在支護(hù)設(shè)計(jì)中需要考慮的因素更多。由于煤礦開(kāi)采中包含的工程人員、物質(zhì)等較多，其工作斷面較大，在支護(hù)設(shè)計(jì)中要全方位考慮各種影響因素，保證支護(hù)方案應(yīng)用的實(shí)際效果，提升巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)類(lèi)型

4.1 懸臂煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

懸臂煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的普遍性較高。隨著技術(shù)的進(jìn)步，懸臂巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)也在逐步進(jìn)步，與傳統(tǒng)的懸臂錨桿支護(hù)技術(shù)相比，當(dāng)代的錨桿支護(hù)應(yīng)用效果更為明顯，主要包含了懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、單體錨桿組鉆機(jī)等設(shè)備。以山西潞安煤礦為例，該煤礦掘進(jìn)巷道中應(yīng)用了懸臂錨桿支護(hù)技術(shù)，在實(shí)際的應(yīng)用中主要使用了懸臂式挖掘機(jī)、錨桿鉆機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備，這些設(shè)備的應(yīng)用充分發(fā)揮了良好的應(yīng)用效果，使得懸臂煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用呈現(xiàn)出高效率、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。以某礦井為例，該巷道寬4.2m，高2.8m，頂板較為破碎，其懸臂煤礦掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用如圖1所示。

圖1 懸臂煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)方式示意圖

在該支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用中，其使用的支護(hù)材料如表1所示。

表1 山西潞安工程有限公司煤礦巷道支護(hù)材料

4.2 采掘合一巷道錨桿支護(hù)方式

采掘合一技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中，其最為明顯的特征就是掘進(jìn)與采煤的同步性，與此同時(shí)，還可以進(jìn)行大斷面落煤、運(yùn)送等，有效提升了采煤的效率。因此，采掘合一巷道錨桿支護(hù)技術(shù)成為近年來(lái)在煤礦開(kāi)采中應(yīng)用極為廣泛的支護(hù)技術(shù)，不僅保證了支護(hù)的效果，也大大提升了采煤的效率，是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的支護(hù)技術(shù)。

4.3 煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)方式

隨著煤礦開(kāi)采作業(yè)的深入開(kāi)展，錨桿支護(hù)技術(shù)與巷道掘進(jìn)的結(jié)合已逐步成為煤礦行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。為保證煤礦開(kāi)采中巷道掘進(jìn)的速度，逐步應(yīng)用了錨桿鉆車(chē)，該鉆車(chē)是在連續(xù)采煤機(jī)與懸臂式采煤機(jī)的技術(shù)上發(fā)展而來(lái)的。如果煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)采用的是后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，就需要使用預(yù)應(yīng)力錨具組織施工，比如摩阻錨具、機(jī)械錨具等。就摩阻錨具的應(yīng)用來(lái)看，其在應(yīng)用中的應(yīng)力損失較小，連接較為便捷，在沒(méi)有灌漿之前可以通過(guò)張扣或者放松來(lái)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的調(diào)節(jié)。而機(jī)械錨具主要是對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼材的端部加以機(jī)械加工形成的，在這種加工處理下，可以為錨碇工作創(chuàng)造良好的條件，從而使得其可以實(shí)現(xiàn)加固處理的效果，機(jī)械錨具具有噸位大、變化多的特征，一般應(yīng)用于強(qiáng)度較大的粗鋼筋中。

5 煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)方式應(yīng)用的現(xiàn)存問(wèn)題

5.1 支護(hù)設(shè)備機(jī)械化程度較低

當(dāng)前，雖然我國(guó)逐步錨桿支護(hù)逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，但是依舊存在著支護(hù)設(shè)備機(jī)械化程度偏低的現(xiàn)象。在煤礦巷道掘進(jìn)工程的開(kāi)展中，常常受到掘進(jìn)設(shè)備、地質(zhì)條件等因素的影響，因此，支護(hù)設(shè)備機(jī)械化程度是制約煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的重要因素。機(jī)械化程度偏低會(huì)嚴(yán)重降低支護(hù)處理的效果，因此，煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)必須提升其機(jī)械化水平。

5.2 支護(hù)一體化技術(shù)發(fā)展水平較弱

雖然我國(guó)的煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)取得了一定的發(fā)展成效，但是支護(hù)一體化技術(shù)的發(fā)展水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，錨固與掘進(jìn)作業(yè)的匹配性較差。比如，在使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行巷道的掘進(jìn)時(shí)，往往需要掘進(jìn)作業(yè)結(jié)束以后方可進(jìn)行錨固作業(yè)，這就使得在兩者之間存在重疊時(shí)間，延長(zhǎng)了錨固支護(hù)的時(shí)間。在一定的作業(yè)周期范圍內(nèi)，錨固作業(yè)時(shí)間往往多于掘進(jìn)作業(yè)時(shí)間，因此，支護(hù)一體化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是未來(lái)錨固支護(hù)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，能夠大大提升錨固與掘進(jìn)之間的匹配度，提高煤礦開(kāi)采的整體效率。

6 煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

6.1 修復(fù)巷道

在煤礦開(kāi)采作業(yè)中，如果采用混凝土支架進(jìn)行掘進(jìn)巷道的支護(hù)，采動(dòng)壓力會(huì)使得支架本身出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象，而錨桿可以有效解決此類(lèi)問(wèn)題，錨桿可以對(duì)混凝土支架起到良好的修復(fù)作用。當(dāng)煤礦巷道圍巖表層存在浮石時(shí)，可以利用混凝土錨桿進(jìn)行巷道的修復(fù)。當(dāng)在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生安全事故時(shí)，可以直接利用有槽鋼的錨梁來(lái)解決巖石滾落的問(wèn)題，在一定程度上可以保證工程人員的安全。但是，在此時(shí)，需要及時(shí)清除巷道頂板的巖石，方可繼續(xù)施工作業(yè)。

6.2 防治巷道底鼓

錨桿支護(hù)技術(shù)還對(duì)于防治巷道的底鼓等現(xiàn)象也有著重要的意義。在具體的應(yīng)用中，在錨梁與巷道橫交的位置利用錨桿拉近巷道底板，有效進(jìn)行底鼓的防治。一般情況下，在此處理過(guò)程中金屬錨桿與混凝土錨桿的應(yīng)用極為廣泛。而在使用鋼絲錨桿進(jìn)行底鼓的防治時(shí)，往往還需要使用藥壺爆破來(lái)增大鉆孔，從而保證其處理的效果。

7 結(jié)束語(yǔ)

錨桿支護(hù)技術(shù)是煤礦巷道掘進(jìn)中應(yīng)用最為普遍的技術(shù)，該技術(shù)具有支護(hù)效果、成本等方面的優(yōu)勢(shì)。但是，在錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用中，需要充分考察煤礦巷道圍巖等的實(shí)際情況，進(jìn)而選擇最佳的支護(hù)方式，提升支護(hù)處理的效果。