淺析一號煤礦錨桿支護問題

　　前言

　　隨著錨桿支護技術在我國煤礦巷道圍巖控制中的應用越來越廣泛，錨桿支護的優越性已經得到了普遍認同，錨桿支護不僅方便，支護速度快；而且支護效果明顯，可顯著提高巷道圍巖穩定性。雖然錨桿支護理論及實踐已日漸完善，但在不同的區域，不同的礦井，受地質條件及材料選擇的影響，錨桿在實際應用中仍存在一些問題，針對一號煤礦，具體表現在以下幾個方面：

　　1 錨桿支護主要問題

　　通常拱形巷道承壓較好，錨桿問題主要體現在回采巷道矩形斷面支護上，黃陵一號煤礦目前使用的錨桿有兩種形式，一種為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，另一種為玻璃鋼錨桿，規格均為φ20mm×2100mm，樹脂端錨。

　　（1） 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿用于回采巷道掘進頂板及副幫側支護。隨著一號煤礦采掘范圍廣度、深度不斷加大，礦井圍巖地質條件越來越復雜，加之圍巖應力在重新分布后對巷道擾動加大，目前使用的φ20mm×2100mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿時有出現錨桿托板被壓反甚至螺母壓脫；若錨桿施工角度偏大或者被施工設備拉彎，錨桿螺母與桿體易形成點接觸，受力后在接觸點易出現裂縫甚至破斷。

　　（2）玻璃鋼錨桿用于回采巷道主幫側支護，受回采工作面采動壓力影響，目前使用的φ20mm×2100mm玻璃鋼錨桿失效率較高，可達到50%，具體表現在錨桿螺母及桿體螺紋被壓平螺母脫落，嚴重的有螺母被壓裂開或桿體直接被壓斷。

　　2 主要問題分析

　　2.1 理論分析

　　巷道圍巖開挖后自我尋找平衡達到穩定，穩定的程度與地質條件和工程條件相關。松散破碎的圍巖也會自穩，即使是松散介質，當這種介質的基本結構體互相咬合也能達到相對穩定平衡，這稱之為巷道的自穩現象。

　　影響圍巖穩定的因素是那些圍巖體中存在拉應力的單元；產生塑性破壞的巖體在大多數情況下仍然視為巖體的承載主體；圍巖頂板的穩定是由于巷道頂板中存在有自穩隱形拱，自穩隱形拱是地下空間上部穩定區域的界面，自穩隱形拱將地應力分散到巷道兩幫。

　　根據自穩隱形拱理論要點：

　　①錨桿支護工作只是保護一定范圍圍巖的相互咬合，防止自穩隱形拱內圍巖局部突變，保護圍巖的外界視覺；

　　②幫錨桿的有效作用可以消除極限自穩隱形拱，縮小圍巖的不穩定范圍；

　　③頂錨桿的有效作用可以縮小自穩隱形拱，增加頂板的穩定性；

　　④錨桿支護設計中至少要有兩根錨桿深入到自穩隱形拱內500mm以上并施加預應力。

　　由此可以推斷隨著礦井不斷延伸，礦山壓力顯現日益明顯，加之受相鄰回采工作面采動壓力影響，巷道極限自穩隱形拱也在隨之逐漸擴大，目前使用的錨桿已達不到消除或縮小極限自穩隱形拱的作用，不能有效地維護頂幫穩定性，頂幫圍巖突變也直接對錨桿造成突然的承載負荷，極容易達到桿體的屈服極限，造成錨桿失效或損壞。

　　2.2 材料分析

　　一根合格的錨桿在受力后，要經過圍巖變形―錨桿受力后被拉伸―圍巖中積聚的能量隨圍巖變形而釋放―圍巖變形量達到一定程度后錨桿變形超過其容許量―錨桿受力達到破斷強度而斷裂―支護失效。如果錨桿制作有缺陷，存在材質選擇問題，弱面，螺紋段強度低等問題，在圍巖發生變形時，錨桿因螺紋段先達到破斷極限而斷裂，此時錨桿延伸量很小，錨桿不能經過“拉伸―圍巖應力釋放、泄壓”的過程，而是受力后錨桿在螺紋處迅速被拉斷，從而失去對圍巖的支護作用。

　　3 解決方案

　　針對錨桿存在問題以及分析情況可以看出，左旋無縱筋螺紋鋼錨桿問題的解決重點是要消除或縮小巷道極限自穩隱形拱，而玻璃鋼錨桿問題的解決重點是增加螺紋及桿體強度。

　　解決左旋無縱筋螺紋鋼錨桿問題就必須通過巷道礦壓監測分析了解目前礦山壓力以及采動壓力影響下的巷道自穩隱形拱分布情況，結合分布情況適當優化桿體長度及桿體直徑，使得桿體能夠有效的深入自穩隱形拱內，保護一定范圍內圍巖的相互咬合，消除或縮小極限自穩隱形拱，防止圍巖局部突變對桿體造成突然性的破壞。

　　對玻璃鋼錨桿改進可通過增加桿體內玻璃絲提高桿體強度，并且必須保證錨桿外露段螺紋承載力不應低于桿體破斷強度的95%，在做錨桿延伸率監測時，整個錨桿桿體延伸率應不低于規定值，這樣桿體強度和延伸率兩項監測指標才算合格，錨桿才能適應巷道支護需要。

　　結論

　　錨桿支護技術在過去的幾十年里經過不斷發展，完善，應用范圍不斷擴大，已經成為礦山支護的主要技術手段。然而錨桿規格、材質的選擇還是要根據地質條件以及礦山壓力變化情況，結合礦壓監測分析及時合理的進行優化，也就是說錨桿的選擇應該是一個動態變化的過程，礦井延伸不同時段錨桿技術參數及材質選擇應該是不同的，這樣錨桿支護才能有效地適應不斷變化的礦山條件。