解析煤礦深部掘進錨桿支護技術應用

在煤礦開采過程中，經常會遇到深部掘進作業的情況，為了確保深部開采的安全性，必須采用錨桿支護技術，通過改進技術來確保深部開采的安全性，確保煤礦開采的順利與安全進行。在本文中，筆者從煤礦深部掘進錨桿支護作用的基本原理、監控設計方法和施工要求等幾方面分析了煤礦深部掘進錨桿支護技術的實際應用。
　　1 煤礦深部掘進錨桿支護的作用機理
　　筆者所在的煤礦，當前已經開采到地下垂直深度800 m的位置，已經屬于深部開采的范圍，而且地下開采的地質條件比較復雜，主要有砂頁巖、砂巖等組成，是一種復合型的地層結構，而且構造多裂隙層理、圍巖軟發育等。2012年以來，在深部煤礦開采過程中，總結出一定的深部煤礦開采經驗，而且在開采用運用了深部掘進錨桿支護技術，從而保證了快速煤炭開采的快速掘進，有效滿足了煤炭安全生產的要求。下文中，筆者結合自身多年的工作經驗，探討該技術的作用機理。
　　1.1 影響錨桿支護巷道圍巖穩定性的因素
　　（1）巷道圍巖的應力因素。
　　巖體體內的應力與煤層的賦存環境這兩個因素對巖體結構的控制作用有著很大的影響，在一定程度上決定著巖體的控制作用。而我們知道，巷道圍巖的應力環境主要受煤層賦存環境和工程活動兩種因素的影響。而其中，圍巖的應力環境因素主要包括地下水狀況、煤層傾角、地應力與煤層厚度等。影響圍巖巷道應力的環境因素主要包括：第一，巷道埋深；第二，斷面的形狀；第三，采掘應力；第四，原巖應力等。
　　（2）掘進速度與支護時間。
　　煤礦巷道開挖之后，圍巖的表面是二向受力狀態，在這種受力條件下，圍巖的徑向應力的變化會逐漸增大，在這時，如果不及時進行巷道的錨桿支護，則在圍巖應力的作用之下，巷道可能不斷發生變形。因此，這就要求準確把握支護的時間，確保巷道不產生變形。
　　此外，巷道的掘進速度與巷道的圍巖和支護體的力學狀態也會產生一定的影響，如果掘進的速度太慢的話，則可能造成支架-圍巖共同作用體系遭到破壞，從而影響到煤礦的安全生產作業。
　　1.2 預應力錨桿支護力學的基本機理
　　預應力錨桿支護的基本力學機理：通過降低錨桿的錨固來減少圍巖的強度。對于圍巖來說，及時進行錨固，則可以有效阻止其松動，有效阻止其松動的進一步發展和擴散，同時也可以靜滴圍巖的強度，最終確保圍巖是是一個整體性較好的結構，提高其承載能力，發揮圍巖和支護體的承載作用，兩者共同的承載作用。
　　2 煤礦深部煤炭巷道錨桿的支護設計
　　現階段，比較理想的煤礦深部煤炭巷道錨桿的參數設計方法是一種動態的設計方法，而不是傳統意義上的靜態設計方法。這種動態的設計方法可以對地應力常、巷道的穩定性等產生一定的英系那個，它的主要理論依據包括三個方面：一是圍巖變形失穩規律；二是錨桿支護基本機理；三是支護特性。通過現場的勘察，以工程實例為主要的表現形式，主要的依托手段，其工程準則的核心內容便是解釋實測與觀測結果。這種理想的煤礦深部煤炭巷道設計方法主要有四個步驟：
　　（1）巖體條件的系統分析。對巷道做細致的勘察，并認真仔細的分析，通過分析搞清楚圍巖的巖石強度、巖體節理裂隙發育程度、構造的影響和沉積的變化等。
　　（2）設計初步。根據調查得到的圍巖巖體條件、構造條件、試驗的相關數據資料，以及同類工程的實踐經驗等，同時參考工程類比所確定的支護結構、形式和參數層，對巷道的支護參數進行相應的預設計，并根絕工程反饋回來的信息作出修改和完善。
　　（3）礦壓觀測。礦壓的觀測，首先是了解巷道的掘進是否與初步的設計一致性，從而有效排除掘進施工中的影響質量的因素。一般情況下，觀測礦壓，采用的是傳統的礦壓觀測方法，通過觀察巷道圍巖的變化與頂板離層量、錨桿受力、錨索應力等，對礦壓觀測的數據進行全面的、細致的分析，進而判斷其與巷道支護設計的一致性、合理性，對于存在的問題提出修改性的意見，使設計不斷得到完善。
　　（4）支護效果的現場調查。工程支護效果的現場調查分為兩個階段：一是巷道掘進時期；二是服務時期。而調查的主要內容包括：支護結構的作用效果、破壞的部位、數量等。通過現場的調查，準確分析和判斷礦壓觀測數據，從而得出巷道的穩定性結果。在巷道的掘進階段，應及時利用巷道穩定性的分析結果、從而完善其初步設計；而在服務階段，則分析調查的結構是否會對巷道的安全性能產生影響，考察支護設計的合理性。通過現場調查結構的分析與論證，改進與優化巷道的支護結構、形式與參數等。
　　在巷道支護動態設計中，有效利用了當前的錨桿支護理論與經驗。但是現場的監測、信息的反饋等，尤其是海量設計信息中的規律探索，揭示其中的規律，而這是其他設計方法沒有使用過的，無可比擬的優勢。
　　3 深部掘進錨桿支護技術要求支護效果分析
　　3.1 掘進錨桿的支護技術要求
　　深部掘進錨桿支護的技術要求和保障措施主要包括三條：第一是短距離掘進、快速錨桿支護和及時支護，最大的控制頂距離不能夠超過23 m，而頂板破碎時不能夠大于1 m，錨索的施工處理必須緊跟工作面，對于該煤礦深部的設計，其參數的設計必須進行預先的設計，比如錨索、網聯合支護、錨桿等，均要進行預先的設計。第二是錨桿孔采用的是單體風動錨桿鉆機施工技術，從而保證了三徑匹配的合理性，確保孔深的誤差控制在30 mm的范圍內，而鉆孔的角度符合施工的要求；此外，在施工之前，必須進行清孔作業。第三，保證錨固力按照規定的要求進行使用，特別是在攪拌過程中，應當保證錨桿可以達到設計的預緊力。 　　3.2 礦壓觀測與支護效果的分析
　　第一，圖1所展示的是在掘進期間，礦壓觀測與支護效果的示意圖。從掘進期間巷道圍巖表面圍巖的曲線示意圖可以看出，在掘進一段時間之后，巷道內的變形比較劇烈，而且巷道表面的移近量增加的比較多，但是隨后的變化趨于穩定。第二，巷道兩側的移近量基本趨于穩定的時間段是35～39 d這段時間，而最大的有318 mm 的移近量，而平均的移近量為300 mm；巷道底板的移近量在17～28 d之后趨于穩定，最大為77 mm，掘進期間的平均位移量為65 mm。第三，在巷道掘進期間，兩側的位移量要遠遠大于頂板的位移量，而且它的穩定時間比較長。從這里可以看出，可以有效控制圍巖松動與片幫，控制巷道掘進過程中的圍巖變形，把其影響降到最低。
　　3.3 相關的結論
　　通過上文中的分析，我們基本上可以得出以下結論：第一，通過對煤礦深部掘進錨固支護技術的研究，通過使用高強預應力錨桿組合技術與補強措施，可提高圍巖的承載能力，有效控制圍巖的變形情況，從而實現煤礦巷道的穩定，確保采礦的安全性。第二，巷道組合錨桿支護技術對于幫煤體的效果比較好，而且有效保證了其完整性，在巷道的整個服務時期內，通過優化維護的工序，保證綜采面的高產穩產，以及綜采面的安全生產。第三，煤礦深部巷道采用錨桿支護技術，具有比較顯著的技術效果，具有明顯的經濟效益，通過降低工字鋼梯形的支護成本與維護費用，使整個巷道的掘進成本降低了近1/5。第四，采用動態設計理念來進行巷道支護設計，有效克服了傳統設計理念不足，在煤礦深部巷道掘進的應用中具有重要的意義，實現了技術上的突破。
　　4 結語
　　當前，隨著我國經濟社會發展的轉型升級，能源資源的供應出現了緊張的局面，在這樣的背景下，探索煤礦深部掘進錨桿支護技術，實現煤礦的安全生產，也就有了重要的意義。煤礦的安全生產，對于企業來說是實現經濟效益的前提。在本文中，筆者結合自身的理論知識和工作實際，首先分析了錨桿支護技術的基本技術原理，然后分析了其在煤礦深部掘進中的實際應用。最后，筆者通過分析，得出了相關的結論。實踐與理論均證明，該技術在煤礦中的應用，保證了煤礦開采的安全性。