淺談桃園煤礦錨桿支護應用過程見解

概述
　　桃園煤礦已經投產19年，礦井投產時生產采區是一采區和二采區，這兩個采區的地質條件較好，地應力顯現不明顯。煤及半煤巖巷支護形式以架工字鋼棚為主，巖巷以錨噴為主。1997年開始在二采區82煤層試用錨桿支護（圓鋼錨桿、水泥藥卷）。隨著礦井開采范圍的不斷延伸，礦井地質構造日趨復雜，礦壓顯現逐漸劇烈。特別從1999年開采72煤層工作面以來，礦井軟煤巖巷道施工急劇增多，但支護問題一直沒有得到很好解決，長期造成巷道前掘后改，浪費了大量的人力、物力、財力以及無效的生產準備時間，導致采掘接替更加緊張，礦井安全生產更嚴峻。如何解決軟巖支護問題，成為擺在我礦廣大技術工作者面前的一道迫切需要解決的難題。
　　1 錨桿支護應用過程
　　為了尋求一條解決軟巖巷道72煤巷道支護的有效途徑，我礦廣大科技人員不斷摸索，走了一條迂回曲折的支護道路，先后采用了架工字鋼棚、架工字鋼雙棚、錨梁、錨帶網、錨帶網索、錨帶網索加套棚、錨注等多種支護形式，但支護效果始終不理想。2004年在準備7244工作面時，掘進6隊從6月10日開始施工7244里段機巷420m，支護形式為錨帶網索套棚復合支護，施工到切眼下口時間是12月20日，施工時間達半年多，期間停頭修復時間2個多月，巷道內積水、淤泥多，巷道壓力大，底臌和幫、頂位移速度很快，前三個月內監測兩幫累計變形達1420mm，平均變形為16.75mm/日，頂底板累計變形達770mm，平均變形為5.06mm/日。風巷由掘進14隊施工，里段采用錨帶網索套棚復合支護，外段采用架棚和注化學漿加固，該隊從掘進進尺開始，工作面回采后一直在風巷進行修復維護，工作面支架拆除收作后該掘進隊才撤走。長期在這種困難條件下施工，職工干勁不高，斗志不強，出現畏難情緒，整個隊伍處于一種精神低迷狀態，根本無法很好地完成礦上下達的任務。同時巷道綜合支護成本高、掘進和回采安全威脅大。通過7244工作面掘進巷道問題分析，我們認識到，如果不下大的決心解決軟巖支護問題，礦井的可持續、健康發展就無從談起。于是在05年度，我們先后在7244外機巷采用了錨帶網索噴注支護技術，在7245機風巷采用全封閉U型鋼棚與錨注復合支護技術，取得了可喜的效果。
　　我們吸取開拓準備巷道易受采動壓力影響而破壞的實際情況，不斷加強永久巷道支護強度，淘汰了圓鋼水泥錨桿，全部采用直徑20mm，長度2m以上的高強度螺紋鋼錨桿。在北八運輸大巷過落差420m的斷層破碎帶施工時，打破設計常規，采用錨注與架全封閉U型鋼棚支護技術，過斷層段巷道兩幫變形量不足100mm，頂底板沒有收縮變化，取得了最為明顯的支護效果。
　　隨著我礦采場深度的沿深，二水平達到-800m，出現了深部開采大斷面軟巖硐室，采用錨網碹體聯合支護的馬頭門掘出不到一年就產生變形和破壞，以及采用一次錨網支護的泵房、變電所等硐室圍巖強烈變形的困難局面。在深入開展桃園礦深部開采巷道圍巖穩定性調查，掌握深部開采巷道實際的變形破壞特征，分析巷道破壞失穩機理的基礎上，采用結構力學和數值模擬相結合的方法，詳細分析大斷面硐室支護承載結構的穩定性，研究結構補償對支護承載性能的作用。提出深井大斷面軟巖硐室高強穩定型支護技術，即利用高強預應力錨網支護，提高淺部破碎圍巖的殘余強度，并與淺部圍巖形成可靠的組合拱承載結構，同時根據支護承載結構結構性失穩的原因，采用帶梁錨索裝置將錨索支護與高強預應力錨網支護耦合為一體，利用錨索對高強錨網支護組合拱進行結構補償，改善組合拱的結構穩定性，提高錨網支護與圍巖形成組合拱的承載能力。上述高強預應力錨網支護+錨索結構補償支護耦合成統一的承載結構，在考慮支護強度的同時，提高支護承載結構結構穩定性，從而大大提高錨網索高強穩定型支護控制圍巖變形的效果。高強穩定型支護技術核心是采用二次高強錨網支護與圍巖共同作用形成支護強度可靠的承載結構，同時根據巷道圍巖斷面的形狀、移動變形特征、圍巖狀況，通過結構力學計算和數值模擬，分析錨網支護承載結構的結構穩定性。在高強錨網支護的基礎上，針對支護承載結構的薄弱部位采用帶梁錨索，對高強錨網支護與圍巖形成的承載結構進行結構補償，提高支護―圍巖承載結構的結構穩定性。采用該技術后通過現場觀測，桃園礦深部開采大斷面泵房、變電所頂、底板移近量均控制10mm左右，兩幫移近量控制在30mm左右，圍巖移動變形得到有效控制。
　　目前，我礦已基本確立了二水平巖巷采用采用二次高強錨網支護與圍巖共同作用形成的支護體系，煤巷錨桿支護采用錨帶網索聯合支護體系。
　　2 礦井對煤巷錨桿支護認識
　　錨桿支護技術成熟， 施工簡單， 經濟效益明顯， 已成為井巷工程的主要支護方式。發展錨桿支護已成為我礦推行重大支護技術革命。傳統的錨桿支護理論主要有： 懸吊理論、組合拱理論、組合梁理論。它們都是以一定假說為基礎的， 各自從不同的角度、不同的條件論述了錨桿支護的作用機理， 并得到了國內外的廣泛承認和應用。
　　我認為在巷道支護方式的選取上， 絕不可生搬硬套，更不會有適合于任何巷道的支護方式； 而應該仔細分析地質特征， 準確觀測巖性的變化， 以便及時采用合適有效的支護方式。與此相反， 如果在實際生產中， 只是簡單套用錨桿支護設計， 就可能由于錨桿支護失效而引起冒頂事故的發生， 嚴重的將會導致人員的傷亡。
　　錨桿機具性能是決定錨桿安裝質量與施工速度的關鍵。 我礦相應集團公司號召，極為重視錨桿鉆、裝機的不斷更新， 如新型MQT-130 錨桿機不僅鉆眼速度快， 并扭矩大能保證安裝的錨桿錨固可靠， 有足夠的預緊力， 因而保證了錨桿支護的高質量與高速度。而目前雖然電動、風動和液壓錨桿鉆機都有， 但性能結構不盡合理， 零部件質量和整機性能都急需進一步完善與提高。 在綜掘煤錨巷上掘錨聯合機組， 能參考國外先進技術進一加緊研制與試驗， 以實現綜掘巷道掘支平行作業， 提高成巷速度。 　　監測是監督施工質量、保證錨桿支護安全可靠的重要手段。錨桿支護是一項隱性工程， 因而更需要及時可靠和行之有效的施工檢測與跟蹤監測。我礦雖然也十分重視錨桿支護監測工作， 先后采用了一些監測儀器， 但性能不高、功能不全， 尚未形成系列配套的綜合監測技術。例如監測巷道收斂時普遍使用鋼卷尺、皮尺，效率低、精度不高，能采用精度較高的防爆測距儀，可減輕工人勞動強度、提高監測效率、精度。 采用綜合測量技術， 運用數字式儀器對錨桿（錨索）變形、巷道頂板離層狀況、頂板來壓情況等監測，通過對測得的錨桿（錨索）局部性能結果的詳細研究， 可對支護系統工作狀況的好壞和安裝質量的可靠度進行評估。如果有問題， 那么可根據反饋的信息進行二次設計， 從而使錨桿（錨索）強度或錨桿（錨索）密度和錨桿（錨（下轉第313頁）（上接第260頁）索）長度更為合理。錨桿支護監測是設計與施工質量及安全工作的重要保證， 因此， 必需加大監測儀器儀表的改進， 盡早完善監測手段， 規范監測內容。
　　人是一切工作計劃的制定者和執行者， 人是最重要的資源， 人的管理是最難的管理。無論從結構合理、質量上乘的錨桿到性能優良的錨固劑， 還是從靈活高效的錨桿鉆裝機具到靈敏精密的監測儀器儀表， 都需要人來操作， 人去完成。我礦施工隊伍人員素質偏低， 加上監督管理的局限， 往往施工質量保證困難。因此， 重視和加強錨桿支護技術人員和施工工人的技術培訓和崗位訓練， 必然有助于我礦錨桿支護技術的發展和錨桿支護的普及。
　　3 結語
　　我礦錨桿支護經過19年的發展， 應用范圍已擴展到受動壓影響的回采巷道、軟巖巷道、破碎或復合頂板巷道及工作面開切眼和大斷面碉室； 錨桿支護的種類、結構形式及規格層出不窮； 而錨桿支護設計方法卻比較單一， 即普遍采用工程類比法， 因而不可避免地帶有一定的盲目性； 錨桿支護工作是一項看似簡單、實則復雜的系統工程， 影響支護效果與成敗的因素很多， 因此， 分析不同種類錨桿結構的作用原理， 考察不同設計方法的特點， 探討影響支護效果的主要因素， 明確錨桿支護技術與設計方法的發展方向及工作重點， 對推動我礦錨桿支護技術的發展與錨桿支護形式的普及， 提高施工速度， 發展高產高效礦井， 降低成本， 促進我礦質量經濟效益的提高有著深刻的現實意義。