煤礦深部掘進錨桿支護新技術探究

概述
　　近年來，我國的煤礦工作得到了較大程度的發展，無論是開采的數量還是開采的規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超過了400m，個別的煤礦開采深度甚至已經達到了1000m以上?？梢灶A見，我國未來的煤礦開采工作已經整體向著大深度的開采方向發展。
　　在煤礦的深部開采工作中，往往會受到高地溫、強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力得到較為明顯的提升，不僅地應力高，其所具有的構造應力場情況也非常的復雜。高地溫的存在，就會使礦井會存在較為嚴重的突水現象，而高地應力的存在，不僅會使我們在開采過程中受到非常強烈的擾動影響，還會因為對于圍巖所具有的嚴重破壞而使井下可能出現礦井突水、煤巖突出、挖機保障以及沖擊礦壓等一系列動力災害，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錨桿支護新技術的研究來保障工程的順利、穩定運行。
　　2 深部掘進錨桿支護技術的作用
　　在傳統的錨桿支護工作中，其具有著組合梁、加固拱以及懸吊等理論。而在我們在井下實測、數值計算以及工作經驗獲取的基礎上，則可以了解深部巷道錨桿支護具有以下作用：
　　2.1 對于井下強度在中等以上的巖石，錨桿對于巖石所具有的變形以及強度影響并不是很大；而對于自身強度較低的煤體來說，在對其產生破壞前錨桿則對其具有著較為明顯的影響。我們實施錨桿的作用，就是要通過錨桿技術的應用對巷道內部破碎煤巖以及發生變形煤巖的力學形式進行積極的改善，并以此提升其所具有的屈服強度。
　　2.2 通過錨桿的支護，則會對巷道的圍巖產生一種壓應力，并以此對巖應力所具有的狀態進行積極的改善。而對于受拉區域，錨桿則會在對其中部分拉應力進行抵消的基礎上使圍巖所具有的抗拉能力也能夠得到提升。另外，在受剪區域中，我們也可以通過壓應力所產生的摩擦力對巷道圍巖所具有的抗剪能力進行提升。
　　2.3 在較深的巷道中，支護錨桿所具有的作用則主要是對錨固區圍巖的滑動、裂隙以及離層的變形情況進行適當的控制，并通過在錨固區形成承載層的方式盡可能的對整個錨固區圍巖所具有的完整性進行保持，避免出現圍巖變形的情況，并以此幫助我們大幅度的提升圍巖所具有的穩定性以及整體強度。
　　3 巷道錨桿支護的新方式
　　3.1 動態信息設計法
　　近年來，我國以計算機為首的各項科技設備得到了飛速的發展，借助此項優勢，我們則可以根據煤礦巷道所具有的實際特點而提出錨桿支護信息設計法。對于該設計方式來說，具有著兩大特征，即信息性以及動態性。所謂動態性，就是在我們對錨桿進行設計時，并不是一次性就完成設計工作的，這個設計的任務是一個動態的過程，是實時變化的；而信息性則是指我們在實際設計時，會對其中每一個工作過程中所提供的信息進行充分的利用。而在操作步驟方面，該設計方式則具有著試驗點調查、地質力學評估、初始設計、井下監測、信息反饋以及修正設計這幾個階段。其中，在初始設計階段我們以數值計算法的方式開展，目前，我國具有較好的應用效果的數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工作的擴容-穩定理論，我們則可以將支護參數確定為以下原則：第一，是臨界支護強度剛度原則。在該項原則中，需要保證錨桿支護所具有的剛度以及強度不能夠低于臨界值，以此來避免巷道可能出現的不穩定情況。第二，是高預緊力原則。在該原則中，我們在支護錨桿時需要能夠將其施加較大程度的預緊力，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性能需要能夠相互匹配，并以此保障錨桿支護的整體效果。第四，三高一低原則。在該原則中，需要我們在錨桿支護所具有高剛度、高可靠性以及高強度的前提下適當的降低支護密度。
　　3.2 錨桿支護設計軟件
　　軟件系統已經在我國的很多個行業中得到了較為廣泛的應用。而為了能夠使我們在錨桿支護工作中在保證設計簡單、方便的同時使我們的設計效果具有更好的合理性以及科學性，就需要我們在對現有巷道數值計算設計進行大量試驗的基礎上對其進行適當的簡化與提煉，并在應用計算機技術的基礎上編制一套適合巷道支護工作的支護設計軟件。在該軟件中，其主要具有咨詢系統、設計系統、數據庫系統以及繪圖系統這幾大模塊，通過這幾大模塊的應用幫助我們能夠根據巷道所具有的原始參數對錨桿支護設計方式進行確定，并通過繪圖系統的應用幫助我們對巷道支護布置圖進行繪制?？梢哉f，通過該軟件的應用，能夠在顯著提升巷道支護工作效率以及合理性的同時也能夠極大程度的減輕支護工作設計人員的人力投入以及設計工作量。
　　3.3 新材料的應用
　　在錨桿支護工作中，支護材料的選擇也是十分重要的，只有通過高質量、高性能材料的應用，才能夠幫助我們獲得更好的巷道支護效果。目前，較為新型、且在世界范圍內應用較為廣泛的支護材料有以下幾種：
　　3.3.1 錨桿桿體材料
　　對于我們以往所使用的低剛度、低強度的支護材料來說，其已經不能夠滿足我國現今深部巷道支護工作開展的要求，必須通過研制更新、更適合深部巷道支護材料的開發才能夠使巷道的支護強度能夠得到保障。對此，我們專門設計了3個級別的螺紋鋼筋，并使其能夠達到高強度以及超高強度的級別。而在桿體形狀方面，我們則應當根據有利于提升錨桿錨固力、合理孔徑差以及不同部位強度的原則將其設計為左旋無縱肋螺紋鋼筋，并將其直徑確定在19至24m內。經過測驗，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工作的桿體強度需求。
　　3.3.2 樹脂錨固劑
　　近年來，我國在樹脂錨固劑的生產技術以及配方改進方面已經開展了大量的工作，目前已經形成了規模、系統的產品線，且在性能質量方面也已經能夠達到國內外先進國家的要求。且在直徑以及長度方面也都具有著非常豐富的規格，能夠滿足我們不同深度、不同情況下的施工需求。
　　結束語
　　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錨桿支護技術的開發滿足支護需求、保障支護效果。在上文中，我們對于煤礦深部掘進錨桿支護新技術進行了一定的分析與研究，而在實際工作開展過程中，也需要我們能夠充分的聯系技術特點以及實際需求，以技術的針對性應用獲得更好的支護效果。