煤礦巷道影響錨桿支護的因素

　我國煤礦主要是井工開采，需要在井下開掘大量巷道。據(jù)不完全統(tǒng)計，國有大中型煤礦每年新掘進的巷道總長度高達8 000 km 左右，80%以上是開掘在煤層中的巷道，保持巷道暢通與圍巖穩(wěn)定對煤礦建設(shè)與安全生產(chǎn)具有重要意義。
　　
　　1 煤礦巷道的發(fā)展歷史
　　
　　煤礦巷道支護的發(fā)展經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。我國煤礦于 1956 年開始在巖巷中使用錨桿支護，至今已有 50 多年的歷史。錨桿支護經(jīng)歷了從低強度到高強度再到高預(yù)應(yīng)力、強力支護的發(fā)展過程。早期的錨桿主要是機械錨固錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、端部錨固樹脂錨桿、快硬水泥錨桿及管縫式錨桿等。這些錨桿支護強度與剛度都相對較低，支護原理上仍屬于被動支護，只適應(yīng)于簡單地質(zhì)條件。對高強度錨桿支護技術(shù)的認可是從1996 年~1997 年引進澳大利亞錨桿支護技術(shù)開始的[2]。通過引進技術(shù)與示范工程，對高強度螺紋鋼錨桿進行加長或全長樹脂錨固、動態(tài)支護設(shè)計方法、小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索等新技術(shù)、新材料、新方法在很多礦區(qū)得到推廣應(yīng)用，取得較好的支護效果和經(jīng)濟效益。但是，
　　隨著巷道埋深增加，地質(zhì)條件的復(fù)雜化及受到強烈的采動影響，高強度錨桿支護逐漸暴露出很多問題，比如說：在深部及復(fù)雜困難巷道中，高強度錨桿支護巷道圍巖變形大，支護構(gòu)件破壞嚴重，支護效果差，不能滿足安全生產(chǎn)要求。
　　
　　2 煤礦巷道布置的發(fā)展方向
　　
　　 隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速健康發(fā)展，我國煤礦行業(yè)的發(fā)展也越來越快，每個煤炭企業(yè)都希望能夠最大程度的創(chuàng)造出企業(yè)利潤，實現(xiàn)企業(yè)利益最大化。于是一些采煤企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中，不斷的加強開采的強度以及擴大開采的范圍。為了能夠在安全生產(chǎn)的前提下，最大程度的加大開采力度，就需要我們保證煤礦巷道的數(shù)量以及安全。巷道的布置便是我們必須要重視的問題，在不斷的探索過程中，巷道布置有以下四種發(fā)展方向。第一，由于煤的需求量與日俱增，為了能夠更多的挖掘礦井，我們不得不提高建井的速度，于是我們在建井時就會考慮到巷道的層位方面的問題，從這一角度對巷道進行改革，于是慢慢的我們不再采用巖巷而采用煤巷，因為這能大大的縮短建井的周期；第二，要保證煤礦施工的工期，就必須提高挖掘巷道的速度，將挖掘過程中所產(chǎn)生的斷面積極的利用起來。于是從巷道斷面的層面上觀察，我們發(fā)現(xiàn)煤礦巷道經(jīng)歷了拱形斷面和矩形斷面兩個發(fā)展階段。另外，我們主張積極采用回采巷道，因為這一巷道有一個鮮明的特點，就是其能夠快速的推進采煤工作面的施工進程。巷道的斷面也在不斷的增大，這是為了能夠使大型采掘設(shè)備有更好的工作環(huán)境[3] ；第三，另外，我們要多建設(shè)回采巷道，并且使回采巷道中的單巷在數(shù)量上占優(yōu)勢。第四，煤礦巷道的挖掘工作不再像以前一樣，可以只針對比較淺的部
　　分以及地質(zhì)條件相對簡單的部分，由于煤礦需求量的增大，我們不得不挖掘更多的煤，會將觸角伸向那些比較深以及地質(zhì)條件復(fù)雜的部分，這就對支護技術(shù)提出了更高的要求。例如，某市某煤炭企業(yè)為了提高煤炭產(chǎn)量，將礦井建的很深，但是由于
　　它的支護技術(shù)沒有跟上要求，導(dǎo)致了很多施工人員的死亡。因此支護技術(shù)必須跟上我們煤炭企業(yè)的發(fā)展步伐，如圖1 所示。
　　
　　
　　
　　
　　3 影響錨桿支護質(zhì)量的因素
　　 錨桿支護的質(zhì)量受很多因素的影響，其中最為重要的是圍巖的穩(wěn)定性、地質(zhì)構(gòu)造、斷面大小、服務(wù)年限長短以及相關(guān)的其他因素?，F(xiàn)今我們一般采用的都是螺紋鋼錨桿，這種材料一們的穩(wěn)定性。螺紋鋼錨桿有著自身的結(jié)構(gòu)特征，在桿體上有軌制的連續(xù)螺紋，我們在特殊情況下會在緊固端設(shè)置預(yù)應(yīng)力墊片和球頭型螺母。這一設(shè)置使得它有著明顯區(qū)別于圓鋼加工的錨桿的優(yōu)點。當(dāng)然它還有其他的優(yōu)點，比如錨固端和緊固端不需要機加工、材料運用率低等等。當(dāng)然對錨桿支護質(zhì)量影響最大的是煤礦巷道，在下文中予以重點描述。煤礦巷道的特點會因地質(zhì)條件以及施工環(huán)境的不同而不同，但是每個煤礦巷道都有一些普遍的特點。比如說，煤巖體的強度比較低，地質(zhì)結(jié)構(gòu)有時會比較復(fù)雜，并且在巷道中的動壓容易影響支護的使用，由于我們常建的巷道是矩形斷面，這樣就使得它的受壓能力不高等等，這些特點都使得巷道對支護技術(shù)要求更高更苛刻。
　　
　　4 煤礦巷道錨桿支護存在的技術(shù)問題
　　影響錨桿支護質(zhì)量的外在因素主要來自操作方面。由于錨桿的施工主要是靠人工操作，而且其工序繁多、要求嚴格，稍有不慎就有可能出現(xiàn)問題。錨桿支護受到錨桿眼和錨桿安裝過程這些外在因素而使得其支護質(zhì)量受到影響。
　　礦井巷道是確保煤礦開采的重要安全措施之一，也是促進煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的重要保障，錨桿支護技術(shù)在我國已有50多年的應(yīng)用歷史，從錨桿支護的強度來看，經(jīng)歷了機械式錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿，端部樹脂錨桿，以及快速水泥錨桿等過程，但從其支護剛度與穩(wěn)定性來看，由于采用被動支護技術(shù)，僅適應(yīng)于簡單地質(zhì)特點。隨著高強度錨桿支護的引入，特別是高強度螺紋鋼、高清樹脂材料、動態(tài)支護設(shè)計方法的應(yīng)用，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用促進了錨桿技術(shù)的不斷發(fā)展。
　　從煤礦企業(yè)的發(fā)展來看，以實現(xiàn)利潤的最大化是未來煤礦行業(yè)發(fā)展的主趨勢，為了進一步做好煤礦開采的安全生產(chǎn)目標，對于深部開采或復(fù)雜地質(zhì)條件下的巷道安全的穩(wěn)固支護，已經(jīng)成為未來礦井安全生產(chǎn)的重要保障。為此，加強對巷道及圍巖實施全面的支護措施，必須把握巷道布置的發(fā)展趨勢，一是從提高建井速度來看，加大對巷道層位的
　　布置，變巖巷為煤巷；二是從確保礦井工期來看，提高巷道斷面的利用率，特別是對回采巷道的應(yīng)用，來推進采煤作用的施工進度；三是增加單巷在巷道數(shù)量中的比重；四是從礦井井深和復(fù)雜地質(zhì)條件下，來提高巷道支護技術(shù)，以確保煤炭企業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。
　　從礦井實測數(shù)據(jù)和相關(guān)資料分析可知，對于礦井巷道錨桿支護效果來說，在采掘期間出現(xiàn)的圍巖變形情況十分普遍，特別是在深井軟巖巷道中，對于錨桿支護與金屬支架的破壞非常明顯。巷道支護預(yù)應(yīng)力的分析來看，只有盡量消除軟巖離層現(xiàn)象，避免在兩幫圍巖出現(xiàn)的應(yīng)力集中，才能有效實現(xiàn)對初期圍巖變形的控制，增強快速增阻能力。因此，在安裝錨桿結(jié)構(gòu)時，如果錨桿的工作荷載預(yù)應(yīng)力過低，則錨桿對巷道兩幫的作用力并不明顯，而當(dāng)安裝時具有較高的預(yù)應(yīng)力時，則隨著巷道兩幫移近量的增加，其對巷道圍巖的抑制能夠有效減少支護變形，因此，應(yīng)該加大對錨桿高預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用。
　　5 煤礦巷道錨桿支護的技術(shù)突破
　　
　　上文主要介紹的是一般支護所存在的技術(shù)問題，作為支護技術(shù)中比較常用的錨桿技術(shù)也面臨同樣的技術(shù)問題。錨桿支護的作用原理對一次支護具有決定性的作用，這是因為錨桿技術(shù)有著不同于巷道表面支護的重要特征。我們在分析錨桿支護時不能夠簡單的利用研究連續(xù)體的方法去研究它，因為錨桿支護周圍的環(huán)境相對來說比較特殊，存在很多的煤巖體，而煤巖體是屬于不連續(xù)體的。另外，為了能夠使錨桿的支護作用得到充分發(fā)揮，我們首先要做的是如何使錨桿支護工作中多產(chǎn)生的阻力擴散到圍巖中，這樣才能夠很好的保證錨桿的錨固力。
　　
　　下面從兩個方面介紹巷道錨桿支護的技術(shù)突破。第一，由于錨桿支護的主要作用在于控制它四周的巖石等不會發(fā)生滑動、斷層等等現(xiàn)象，使得四周的煤巖體保持完整，從而保證巷道施工的安全進行。而錨桿的預(yù)應(yīng)力在這一過程起著非常重要的作用。因此我們要通過合理設(shè)計錨桿支護，提高錨桿支護的預(yù)應(yīng)力。第二，研發(fā)更多能夠精確檢測巖地質(zhì)特征的技術(shù)，以及提高支護材料的強度以及剛度，將施工技術(shù)、支護工程質(zhì)量檢測以及相關(guān)的注漿技術(shù)聯(lián)合在一起，為巷道施工提供優(yōu)越的有保障的支護技術(shù)?；谝陨蟽牲c，我們研究出了高預(yù)應(yīng)力以及強力錨桿支護技術(shù)，還研發(fā)出注漿與強力錨桿等等這些支護技術(shù)，同時，在具體的采煤工作中我們需要結(jié)合施工巷道的實際情況，因地制宜的采用相應(yīng)的支護技術(shù)。
　　結(jié)論
　　煤礦巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件的特點主要表現(xiàn)為：煤巖體強度低，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，層理節(jié)理發(fā)育；動壓影響強烈；巷道多是矩形類斷面，受力差；護巷煤柱小。這些特點帶來一系列復(fù)雜困難巷道，對支護技術(shù)要求更高、更苛刻。
　　錨桿支護是當(dāng)下煤礦巷道支護的有效手段和主流形式，其質(zhì)量和水平直接關(guān)乎煤礦開采的安全與效益，若不能及時消除或控制其質(zhì)量隱患，則易引發(fā)安全事故。因此我們有必要對其質(zhì)量的影響因素加以分析，并立足實際，探討切實而有效的措施以便將質(zhì)量風(fēng)險降到最低，進而為煤礦開采提供良好的作業(yè)環(huán)境和安全保障。