深部巷道錨桿支護技術

   一、前言
　　對于巷道技術的發(fā)展和錨桿支護技術的研究，會給我們帶來很多的實惠和方便。本文將從對深部巷道錨桿支護技術理論應用和實踐應用兩個大方面進行闡述和探討。
　　二、深部巷道錨桿支護技術
　　深部巷道開挖巖體，巖體處在高溫、高應力、高水壓的復雜環(huán)境下，深井圍巖的地質(zhì)力學環(huán)境有很大變化，所以深部巷道圍巖有其特有的力學特征。首先是圍巖的區(qū)域破裂化現(xiàn)象；淺部圍巖應力狀態(tài)通?？煞譃樗苄詤^(qū)和松動區(qū)以及彈性區(qū)，但這并不適合于深部巷道。研究發(fā)現(xiàn)深部巷道圍巖周圍產(chǎn)生膨脹帶和壓縮帶，也稱之為破裂區(qū)和未破壞區(qū)，交替出現(xiàn)的情形，而且寬度的變化也是按等比數(shù)列遞增，這種現(xiàn)象被稱為區(qū)域破裂現(xiàn)象。第二、圍巖的大變形特性和強流變特性在進入深部后巖體變形具有兩種完全不同的趨勢，第一種是巖體持續(xù)的強流變特性，不僅僅是變形量大，同時伴隨明顯的時間效應。；第二種是巖體沒有發(fā)生明顯變形，但是破碎嚴重，處于破裂狀態(tài)，如果按傳統(tǒng)的巖體失穩(wěn)的概念，這種巖體已不再具有承載特性。但實際上，依然具備承載及再次穩(wěn)定的特性。第三種是深部巖體在高圍壓作用下發(fā)生巖性轉(zhuǎn)化，由脆性轉(zhuǎn)化為延性。
　　支護措施對動靜載的力學響應特性決定了該支護系統(tǒng)所能完成的功能，深井硬巖巷道支護方法的選擇是基于剛性、承載能力和變形或能量消散能力，以及估算的巖體破壞特性和嚴重程度，它要求所采用支護方法，在受到高應力作用之后，能夠保證圍巖的穩(wěn)定，或者加固功能轉(zhuǎn)化為懸吊功能，從而繼續(xù)保證圍巖的穩(wěn)定性。
　　所以，高應力巖層的支護控制方案，第一支護結(jié)構必須具有良好的延展性，也就是說支護系統(tǒng)沒有讓壓和屈服性質(zhì)，就不可避免發(fā)生破壞。所以必須保持支護系統(tǒng)穩(wěn)定，要求支護系統(tǒng)在失穩(wěn)后，發(fā)生瞬間先屈服變形，同時保持一定的抵抗力，在允許最大變形前耗盡釋放的動能。第二，深井巷道的失穩(wěn)也是巖體破壞具體表現(xiàn)，靜態(tài)失穩(wěn)條件下常規(guī)支護系統(tǒng)應具備的功能。第三，支護設備還應具有以下特點：
　　1.支護設備具有較高的承載能力，即支護體系的屈服強度較大，遠超過靜態(tài)平衡所需要的強度。
　　2.支護設計對巷道的表面覆蓋率增高，深井巷道失穩(wěn)區(qū)域不容易確定。
　　3.支護系統(tǒng)破壞前允許的巖體位移比較大，因而吸收巖石釋放的動能大"在深部巷道失穩(wěn)破壞條件下，設計合適的支護結(jié)構或系統(tǒng)時，要求在巷道出現(xiàn)破壞之前，必須通過支護加固來提高掩體強度，需要保證巖體的完整性，使巖體和支護共同形成一個連續(xù)體，進一步提高這種加固系統(tǒng)迅速吸收微震能。
　　三、基于地質(zhì)力學條件確定錨桿支護方案
　　1.基于三維數(shù)值模擬計算確定支護方案
　　三維計算模型的長、寬、高分別設置為120米、100米和100米。模型共劃分89960個六面體單元，生成網(wǎng)格節(jié)點95530個。
　　方案一：巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量能達到70mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量18mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為26mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部5m處水平位移只有5.5mm。
　　方案二：巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量能達到55mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量13mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為20mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部3.5m處水平位移只有4mm。
　　方案三：巷道開挖并達到掘進穩(wěn)定期后，巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量為20mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量10mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為15mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部3m處水平位移只有2.5mm。
　　方案四：巷道開挖并達到掘進穩(wěn)定期后，巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量為14mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量8mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為12mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部2m處水平位移只有2mm。
　　對比以上的模擬結(jié)果可以看出：方案一和方案二巷道垂直和水平位移量較大，不能滿足巷道支護的要求，故不予采納。雖然方案四巷道垂直和水平位移量比方案三小，但二者相差不大，綜合考慮巷道掘進速度和經(jīng)濟因素，決定選擇方案三。
　　四、不同的錨桿支護方法
　　1.松軟圍巖巷道錨注加固
　　錨桿支護是通過錨入圍巖內(nèi)部的錨桿，改變圍巖本身的力學狀態(tài)，在巷道周圍形成一個整體而有穩(wěn)定的巖石帶，加固圍巖，保持圍巖的完整性和穩(wěn)定性，控制圍巖變形、移動和裂隙的發(fā)展，充分發(fā)揮圍巖自身的支承作用，主動支護，有效改善礦井的支護狀況，具有施工簡單方便、效率高、成本底、速度快、支護效果好等特點，已經(jīng)普遍推廣應用。不但在巖石巷道普遍應用，而且在煤層巷道也在逐步推廣應用。
　　在松軟圍巖內(nèi)布置巷道，圍巖變形大，穩(wěn)定性差，維護困難，費用高，而且嚴重影響礦井的安全正常生產(chǎn)。傳統(tǒng)的錨桿支護已不適應高應力、大變形松軟圍巖巷道，錨注加固是一種理想的改善軟弱圍巖承載性能的措施。錨注加固巷道圍巖是利用空心錨桿作注漿孔管（簡稱注漿錨桿），注漿錨桿前段是帶若干射漿孔的注漿段，后段是錨固段。松動和裂隙發(fā)育的圍巖經(jīng)過錨桿注漿加固后，圍巖強度等力學性能得到提高和改善，使破裂結(jié)構的圍巖膠結(jié)形成拱形連續(xù)體加固圈，同時注漿錨桿起到懸吊、擠壓、楔固、主合拱等作用，防止圍巖松動范圍進一步擴展，從而使巷道圍巖長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　2.復合頂煤巷錨帶網(wǎng)加錨索聯(lián)合支護
　　復合頂板支護的難度在于軟夾層（煤線、泥質(zhì)）地質(zhì)面的存在，導致上、下層面間、的結(jié)合力低，普通錨桿的錨固范圍有限、承載能力也受限制，而且軟弱夾層本身的松動膨脹也會對下位巖石形成較大的垂直載荷，擠壓下位巖層，容易導致頂板跨落。在這類頂板的煤層內(nèi)掘進巷道，必須采取補強措施，保證安全生產(chǎn)?！板^桿、鋼帶金屬網(wǎng)”可以發(fā)揮擠壓加固作用，促使錨固范圍內(nèi)的巖石形成一定荷載的整體結(jié)構，維護錨桿長度范圍的頂板，保持其整體性，阻止上部圍松動與變形，錨索則錨固在上部穩(wěn)定的巖體上，由錨索來承擔跨落范圍之間內(nèi)的巖層所受的垂直載荷，防止頂板離層。錨索長度一般進入穩(wěn)定巖層lm、間距2m。
　　3.綜合順槽采用錨桿錨索聯(lián)合支護
　　綜放工作面兩側(cè)順槽特定的圍巖條件，其頂板抗壓強度低，受壓后易冒落。頂煤受到地應力（上覆巖層的自重應力，地質(zhì)構造應力和采動引起的集中應力等）的影響時，容易離層，所以，在錨桿支護基礎上，加支一排錨索，使煤體加固帶懸吊于頂板巖石，防止離層冒落。
　　4.綜放面未采錨網(wǎng)支護
　　綜放工作面設施尺寸大、噸位重，拆除工藝復雜，要求的拆除空間較大，對支護要較高。綜放末采時可以用錨網(wǎng)支護工藝。首先在停采后的工作面煤壁上按照間距1.5m左右、垂直煤壁施工兩排長度為1.8m左右、?18mm的錨桿；然后在煤壁與頂板肩窩處按照與水平呈45°夾角、間距1.5m左右的要求施工一排長度為2.5m左右、?20mm的錨桿；再在距工作面煤壁1.0m左右、垂直煤壁施工一排長度為2.5m左右、?20mm的錨桿。
　　用錨網(wǎng)支護代替架棚支護，作為綜放面末采支護技術可行、經(jīng)濟合理、安全可靠、便于快速施工、縮短末采時間。
　　在具體的生產(chǎn)實際中應因地制宜合理地選擇錨桿支護形式和結(jié)構，達到安全可靠、經(jīng)濟合理、技術可行、效率和效益較高。
　　結(jié)束語
　　 以上是對巷道技術的詳細分析。我們只有實實在在的做好各項巷道技術的深部研究，才能為深部的巷道技術發(fā)展作出貢獻；只有不斷的提供新的理論指導，才能促進其不斷的發(fā)展。