煤礦深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)新技術(shù)探究

概述
　　近年來，我國的煤礦工作得到了較大程度的發(fā)展，無論是開采的數(shù)量還是開采的規(guī)模都得到了較大程度的提升。在這個過程中，就使得我國煤炭資源的開發(fā)深度得到了不斷的增加，目前平均每年以8至12m/年的速度得到增加，且我國目前國有大中型煤礦的平均開采深度都已經(jīng)超過了400m，個別的煤礦開采深度甚至已經(jīng)達(dá)到了1000m以上。可以預(yù)見，我國未來的煤礦開采工作已經(jīng)整體向著大深度的開采方向發(fā)展。
　　在煤礦的深部開采工作中，往往會受到高地溫、強(qiáng)擾動以及高低壓等因素的影響，且由于深部礦井重力的存在就會使其所具有的垂直應(yīng)力得到較為明顯的提升，不僅地應(yīng)力高，其所具有的構(gòu)造應(yīng)力場情況也非常的復(fù)雜。高地溫的存在，就會使礦井會存在較為嚴(yán)重的突水現(xiàn)象，而高地應(yīng)力的存在，不僅會使我們在開采過程中受到非常強(qiáng)烈的擾動影響，還會因?yàn)閷τ趪鷰r所具有的嚴(yán)重破壞而使井下可能出現(xiàn)礦井突水、煤巖突出、挖機(jī)保障以及沖擊礦壓等一系列動力災(zāi)害，并對我們工作的開展造成了一定的安全隱患。對此，就需要我們能夠通過煤礦深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)新技術(shù)的研究來保障工程的順利、穩(wěn)定運(yùn)行。
　　2 深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的作用
　　在傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)工作中，其具有著組合梁、加固拱以及懸吊等理論。而在我們在井下實(shí)測、數(shù)值計算以及工作經(jīng)驗(yàn)獲取的基礎(chǔ)上，則可以了解深部巷道錨桿支護(hù)具有以下作用：
　　2.1 對于井下強(qiáng)度在中等以上的巖石，錨桿對于巖石所具有的變形以及強(qiáng)度影響并不是很大；而對于自身強(qiáng)度較低的煤體來說，在對其產(chǎn)生破壞前錨桿則對其具有著較為明顯的影響。我們實(shí)施錨桿的作用，就是要通過錨桿技術(shù)的應(yīng)用對巷道內(nèi)部破碎煤巖以及發(fā)生變形煤巖的力學(xué)形式進(jìn)行積極的改善，并以此提升其所具有的屈服強(qiáng)度。
　　2.2 通過錨桿的支護(hù)，則會對巷道的圍巖產(chǎn)生一種壓應(yīng)力，并以此對巖應(yīng)力所具有的狀態(tài)進(jìn)行積極的改善。而對于受拉區(qū)域，錨桿則會在對其中部分拉應(yīng)力進(jìn)行抵消的基礎(chǔ)上使圍巖所具有的抗拉能力也能夠得到提升。另外，在受剪區(qū)域中，我們也可以通過壓應(yīng)力所產(chǎn)生的摩擦力對巷道圍巖所具有的抗剪能力進(jìn)行提升。
　　2.3 在較深的巷道中，支護(hù)錨桿所具有的作用則主要是對錨固區(qū)圍巖的滑動、裂隙以及離層的變形情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，并通過在錨固區(qū)形成承載層的方式盡可能的對整個錨固區(qū)圍巖所具有的完整性進(jìn)行保持，避免出現(xiàn)圍巖變形的情況，并以此幫助我們大幅度的提升圍巖所具有的穩(wěn)定性以及整體強(qiáng)度。
　　3 巷道錨桿支護(hù)的新方式
　　3.1 動態(tài)信息設(shè)計法
　　近年來，我國以計算機(jī)為首的各項(xiàng)科技設(shè)備得到了飛速的發(fā)展，借助此項(xiàng)優(yōu)勢，我們則可以根據(jù)煤礦巷道所具有的實(shí)際特點(diǎn)而提出錨桿支護(hù)信息設(shè)計法。對于該設(shè)計方式來說，具有著兩大特征，即信息性以及動態(tài)性。所謂動態(tài)性，就是在我們對錨桿進(jìn)行設(shè)計時，并不是一次性就完成設(shè)計工作的，這個設(shè)計的任務(wù)是一個動態(tài)的過程，是實(shí)時變化的；而信息性則是指我們在實(shí)際設(shè)計時，會對其中每一個工作過程中所提供的信息進(jìn)行充分的利用。而在操作步驟方面，該設(shè)計方式則具有著試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查、地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計、井下監(jiān)測、信息反饋以及修正設(shè)計這幾個階段。其中，在初始設(shè)計階段我們以數(shù)值計算法的方式開展，目前，我國具有較好的應(yīng)用效果的數(shù)值計算軟件為離散單元軟件UDEC以及有限差分軟件FLAC。而通過煤礦巷道錨桿支護(hù)工作的擴(kuò)容-穩(wěn)定理論，我們則可以將支護(hù)參數(shù)確定為以下原則：第一，是臨界支護(hù)強(qiáng)度剛度原則。在該項(xiàng)原則中，需要保證錨桿支護(hù)所具有的剛度以及強(qiáng)度不能夠低于臨界值，以此來避免巷道可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定情況。第二，是高預(yù)緊力原則。在該原則中，我們在支護(hù)錨桿時需要能夠?qū)⑵涫┘虞^大程度的預(yù)緊力，并使其為桿體屈服載荷的40%左右。第三，錨桿錨索匹配原則。在該原則中，錨索與錨桿所具有的力學(xué)性能需要能夠相互匹配，并以此保障錨桿支護(hù)的整體效果。第四，三高一低原則。在該原則中，需要我們在錨桿支護(hù)所具有高剛度、高可靠性以及高強(qiáng)度的前提下適當(dāng)?shù)慕档椭ёo(hù)密度。
　　3.2 錨桿支護(hù)設(shè)計軟件
　　軟件系統(tǒng)已經(jīng)在我國的很多個行業(yè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。而為了能夠使我們在錨桿支護(hù)工作中在保證設(shè)計簡單、方便的同時使我們的設(shè)計效果具有更好的合理性以及科學(xué)性，就需要我們在對現(xiàn)有巷道數(shù)值計算設(shè)計進(jìn)行大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕c提煉，并在應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上編制一套適合巷道支護(hù)工作的支護(hù)設(shè)計軟件。在該軟件中，其主要具有咨詢系統(tǒng)、設(shè)計系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及繪圖系統(tǒng)這幾大模塊，通過這幾大模塊的應(yīng)用幫助我們能夠根據(jù)巷道所具有的原始參數(shù)對錨桿支護(hù)設(shè)計方式進(jìn)行確定，并通過繪圖系統(tǒng)的應(yīng)用幫助我們對巷道支護(hù)布置圖進(jìn)行繪制?？梢哉f，通過該軟件的應(yīng)用，能夠在顯著提升巷道支護(hù)工作效率以及合理性的同時也能夠極大程度的減輕支護(hù)工作設(shè)計人員的人力投入以及設(shè)計工作量。
　　3.3 新材料的應(yīng)用
　　在錨桿支護(hù)工作中，支護(hù)材料的選擇也是十分重要的，只有通過高質(zhì)量、高性能材料的應(yīng)用，才能夠幫助我們獲得更好的巷道支護(hù)效果。目前，較為新型、且在世界范圍內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的支護(hù)材料有以下幾種：
　　3.3.1 錨桿桿體材料
　　對于我們以往所使用的低剛度、低強(qiáng)度的支護(hù)材料來說，其已經(jīng)不能夠滿足我國現(xiàn)今深部巷道支護(hù)工作開展的要求，必須通過研制更新、更適合深部巷道支護(hù)材料的開發(fā)才能夠使巷道的支護(hù)強(qiáng)度能夠得到保障。對此，我們專門設(shè)計了3個級別的螺紋鋼筋，并使其能夠達(dá)到高強(qiáng)度以及超高強(qiáng)度的級別。而在桿體形狀方面，我們則應(yīng)當(dāng)根據(jù)有利于提升錨桿錨固力、合理孔徑差以及不同部位強(qiáng)度的原則將其設(shè)計為左旋無縱肋螺紋鋼筋，并將其直徑確定在19至24m內(nèi)。經(jīng)過測驗(yàn)，該類型鋼筋對于直徑25mm的錨桿具有300kN以上的屈服力、400kN以上的破斷力，能夠很好的滿足我們支護(hù)工作的桿體強(qiáng)度需求。
　　3.3.2 樹脂錨固劑
　　近年來，我國在樹脂錨固劑的生產(chǎn)技術(shù)以及配方改進(jìn)方面已經(jīng)開展了大量的工作，目前已經(jīng)形成了規(guī)模、系統(tǒng)的產(chǎn)品線，且在性能質(zhì)量方面也已經(jīng)能夠達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)國家的要求。且在直徑以及長度方面也都具有著非常豐富的規(guī)格，能夠滿足我們不同深度、不同情況下的施工需求。
　　結(jié)束語
　　總的來說，在我國目前煤礦開采深度不斷增加的情況下，需要我們能夠通過良好掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的開發(fā)滿足支護(hù)需求、保障支護(hù)效果。在上文中，我們對于煤礦深部掘進(jìn)錨桿支護(hù)新技術(shù)進(jìn)行了一定的分析與研究，而在實(shí)際工作開展過程中，也需要我們能夠充分的聯(lián)系技術(shù)特點(diǎn)以及實(shí)際需求，以技術(shù)的針對性應(yīng)用獲得更好的支護(hù)效果。