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。據不完全統計，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定對煤礦建設與安全生產具有重要意義。
　　
　　1 煤礦巷道的發展歷史
　　
　　煤礦巷道支護的發展經歷了木支護、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。錨桿支護經歷了從低強度到高強度再到高預應力、強力支護的發展過程。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，只適應于簡單地質條件。對高強度錨桿支護技術的認可是從1996 年~1997 年引進澳大利亞錨桿支護技術開始的[2]。通過引進技術與示范工程，對高強度螺紋鋼錨桿進行加長或全長樹脂錨固、動態支護設計方法、小孔徑樹脂錨固預應力錨索等新技術、新材料、新方法在很多礦區得到推廣應用，取得較好的支護效果和經濟效益。但是，
　　隨著巷道埋深增加，地質條件的復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：在深部及復雜困難巷道中，高強度錨桿支護巷道圍巖變形大，支護構件破壞嚴重，支護效果差，不能滿足安全生產要求。
　　
　　2 煤礦巷道布置的發展方向
　　
　　 隨著經濟的持續快速健康發展，我國煤礦行業的發展也越來越快，每個煤炭企業都希望能夠最大程度的創造出企業利潤，實現企業利益最大化。于是一些采煤企業在生產經營過程中，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，我們發現煤礦巷道經歷了拱形斷面和矩形斷面兩個發展階段。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備有更好的工作環境[3] ；第三，另外，我們要多建設回采巷道，并且使回采巷道中的單巷在數量上占優勢。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條件復雜的部分，這就對支護技術提出了更高的要求。例如，某市某煤炭企業為了提高煤炭產量，將礦井建的很深，但是由于
　　它的支護技術沒有跟上要求，導致了很多施工人員的死亡。因此支護技術必須跟上我們煤炭企業的發展步伐，如圖1 所示。
　　
　　
　　
　　
　　3 影響錨桿支護質量的因素
　　 錨桿支護的質量受很多因素的影響，其中最為重要的是圍巖的穩定性、地質構造、斷面大小、服務年限長短以及相關的其他因素。現今我們一般采用的都是螺紋鋼錨桿，這種材料一們的穩定性。螺紋鋼錨桿有著自身的結構特征，在桿體上有軌制的連續螺紋，我們在特殊情況下會在緊固端設置預應力墊片和球頭型螺母。這一設置使得它有著明顯區別于圓鋼加工的錨桿的優點。當然它還有其他的優點，比如錨固端和緊固端不需要機加工、材料運用率低等等。當然對錨桿支護質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條件以及施工環境的不同而不同，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，地質結構有時會比較復雜，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要求更高更苛刻。
　　
　　4 煤礦巷道錨桿支護存在的技術問題
　　影響錨桿支護質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，也是促進煤炭企業安全生產的重要保障，錨桿支護技術在我國已有50多年的應用歷史，從錨桿支護的強度來看，經歷了機械式錨桿、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定性來看，由于采用被動支護技術，僅適應于簡單地質特點。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、動態支護設計方法的應用，新材料、新技術的應用促進了錨桿技術的不斷發展。
　　從煤礦企業的發展來看，以實現利潤的最大化是未來煤礦行業發展的主趨勢，為了進一步做好煤礦開采的安全生產目標，對于深部開采或復雜地質條件下的巷道安全的穩固支護，已經成為未來礦井安全生產的重要保障。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用，來推進采煤作用的施工進度；三是增加單巷在巷道數量中的比重；四是從礦井井深和復雜地質條件下，來提高巷道支護技術，以確保煤炭企業的穩步發展。
　　從礦井實測數據和相關資料分析可知，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。巷道支護預應力的分析來看，只有盡量消除軟巖離層現象，避免在兩幫圍巖出現的應力集中，才能有效實現對初期圍巖變形的控制，增強快速增阻能力。因此，在安裝錨桿結構時，如果錨桿的工作荷載預應力過低，則錨桿對巷道兩幫的作用力并不明顯，而當安裝時具有較高的預應力時，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，應該加大對錨桿高預應力的應用。
　　5 煤礦巷道錨桿支護的技術突破
　　
　　上文主要介紹的是一般支護所存在的技術問題，作為支護技術中比較常用的錨桿技術也面臨同樣的技術問題。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體的方法去研究它，因為錨桿支護周圍的環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體的。另外，為了能夠使錨桿的支護作用得到充分發揮，我們首先要做的是如何使錨桿支護工作中多產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生滑動、斷層等等現象，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。而錨桿的預應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計錨桿支護，提高錨桿支護的預應力。第二，研發更多能夠精確檢測巖地質特征的技術，以及提高支護材料的強度以及剛度，將施工技術、支護工程質量檢測以及相關的注漿技術聯合在一起，為巷道施工提供優越的有保障的支護技術。基于以上兩點，我們研究出了高預應力以及強力錨桿支護技術，還研發出注漿與強力錨桿等等這些支護技術，同時，在具體的采煤工作中我們需要結合施工巷道的實際情況，因地制宜的采用相應的支護技術。
　　結論
　　煤礦巷道地質與生產條件的特點主要表現為：煤巖體強度低，地質構造復雜，層理節理發育；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雜困難巷道，對支護技術要求更高、更苛刻。
　　錨桿支護是當下煤礦巷道支護的有效手段和主流形式，其質量和水平直接關乎煤礦開采的安全與效益，若不能及時消除或控制其質量隱患，則易引發安全事故。因此我們有必要對其質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量風險降到最低，進而為煤礦開采提供良好的作業環境和安全保障。