刘超
淮河能源控股集团煤业公司潘二矿，安徽淮南 232087
摘要: 在煤矿巷道掘进工作中，快速支护施工工艺已成为提高巷道支护效果、实现快速掘进的关键。锚杆支护作为一种有效的巷道支护方式，由于对巷道围岩强度的强化作用，可显著提高围岩的稳定性，因而成为煤矿企业矿井巷道的一种主要支护形式。本文对锚杆支护的应用发展水平进行介绍,针对锚杆支护的影响因素进行了分析，展望了锚杆支护及快速掘进技术的发展方向。
关键词:锚杆支护；快速掘进；应用
在煤矿巷道掘进工作中,快速支护施工工艺已成为提高巷道支护效果、实现快速掘进的关键。然而,锚杆支护作为一种有效的采准巷道支护方式,由于对巷道围岩强度的强化作用,可显著提高围岩的稳定性,加之具有支护成本较低、成巷速度快、劳动强度减轻、提高巷道断面利用率、简化回采面端头维护工艺、明显改善作业环境和安全生产条件等优点,可提高矿井的经济效益,因而成为煤矿企业矿井巷道的一种主要支护形式,代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。我国在“七五”期间开始对煤巷锚杆支护技术进行研究,“八五”期间把采准巷道的锚杆支护技术作为重点科技攻关项目,对锚杆支护的设计方法、支护材料、施工工艺及监测手段与仪器等方面进行研究,使锚杆支护技术有了新的发展,进入以锚梁网为代表的组合锚杆支护阶段。到“九五”期间锚杆支护又被列为继续攻关和推广的重点。从目前来看,我国煤巷锚杆支护的比例还不到30%,仍有着广泛的发展前景。
1锚杆支护的相关理论
目前锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论和加固拱理论等。悬吊理论是最早的锚杆支护理论，特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎岩层的条件下，这种支护理论应用比较广泛。其主要缺陷是仅考虑了锚杆的抗拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的提高。组合梁理论充分考虑了锚杆对岩层离层与滑动的约束作用，适用于层状岩层。该理论认为，锚杆提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间的摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。加固拱理论认为，即使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，也可以形成一个承载结构。只要锚杆间距足够小，就能在岩体中产生一个均匀压缩带，它可以承受破坏区上部破碎岩石的载荷。
2锚杆支护的影响因素
影响锚杆支护的主要因素有两方面，一是锚杆的选择，一是断面选择。锚杆选择包括①锚杆种类的选择。锚杆种类的选择主要是锚杆的材质、直径、延伸素、让压性能、预紧力的选择比较以及锚固剂的选择。②锚杆的让压性能。深部高应力巷道锚杆支护的成功与否与锚杆是否具有足够的高位让压性能具有很大的关系。③锚杆的预紧力。较高的锚杆预紧力可以提供锚杆相应的支护应力，阻碍围岩的变形。对于深部高应力巷道的锚杆支护，施工扭矩为400--600n·m，可以提供30~70kn的预紧力。④锚固剂的选择。由于目前高强锚杆的杆体直径大都在22mm左右，甚至达到25mm，使用传统的锚固剂进行搅拌，是比较困难的，应选用低黏度的锚固剂。初期高强让压锚杆的锚固剂应尽量选择两块，第一块应选择快速或超快速锚固剂，保证锚杆的初期安装应力的迅速试验，第二块应选用中速或慢速锚固剂，保证锚杆的长时锚固力。
3 煤巷锚杆支护快速掘进技术的应用措施
3.1进一步改进支护材料
锚杆可以采用lV级锚杆专用螺纹钢加工而成的高性能锚杆，抗破断强度更高，支护刚度更大，限制变形更加有力，针对巷道急剧膨胀扩容产生的高应力控制效果会更有效。锚杆采用新型大托盘(尺寸为200×200mm)、锚索采用400×400mm的大托盘，增大护表面积，减轻目前所用的普通小托盘与围岩局部小面积接触而产生的点载荷作用，防止围岩挤压破损，对松散层裂破碎岩体起到较好的维护效果。新型阻尼螺母能提供较大扭矩，与高性能预拉力锚杆配套，提高锚杆安装过程的可靠性，保证支护系统整体安全可靠。采用MOS--90J2型气扳机可以实现锚杆8--10t的高预紧力，有效增加锚杆对巷道围岩支护初期的控制作用，提升锚杆支护的作用级别。
3.2开发掘锚新机具
当前煤巷快速掘进的施工方法为:掘进机割煤桥式胶带转载机和固定皮带机运煤敲帮问顶顶锚杆机打顶眼并安装、帮锚杆机打帮眼并安装,实现一次成巷,及时支护。这种方法的主要矛盾是掘进工作面的开机率较低,一般在30%以下,支护时间过长,跟不上机掘速度,影响单进水平的提高。因此发展掘锚联合机组,实现“掘支锚一体化”平行作业,将是加快煤巷锚杆支护单进速度的必要手段。就目前的施工工艺而言,影响快速掘进的主要因素有两方面:一是掘进机割煤速度;二是锚杆机打眼及安装速度。要实现快速掘进,一方面要发展应用大功率掘进机,;另一方面要研制新型锚杆钻机。以掘进机自身液压系统为动力,具有安全、高效、准确、快速、使用寿命长等优点,能够实现顶帮锚杆的快速安装。它将是我国煤巷快速掘进的又一发展方向。
3.3增大安装预紧力
根据锚杆组合梁作用原理,较大的安装预紧力可在顶板内形成强度较大的组合岩梁,增强顶板岩梁的整体抗弯能力。一般来讲,安装预紧力与安装扭矩呈线性比例关系,增大安装扭矩便可获得较大的安装预紧力。这样可在顶板内快速形成强度较大的组合岩梁,增强顶板的整体强度。
3.4改进设计方法优化设计参数
支护设计以往主要是依据悬吊理论、组合拱理论或挤压加固理论，采用工程类比法和计算公式法。但由于地质条件的复杂性，就一种方法或一个公式不能给出合理的设计参数。为解决这一难题，采用以地应力为基础的动态设计法，并在此基础上建立计算机辅助设计的专家系统。该方法主要内容为“地质力学评估----数值模拟初始设计----现场监测----利用反馈信息修改设计”。现场监测非常关键，监测取得的数据是作为二次修改设计的依据，修改设计后再应用于实践。只有经过不断地改进支护设计，才能使锚杆支护更为经济、合理。在选定设计方法之后，还要根据不同的顶板岩性及地质构造特点，优化设计参数，为快速掘进提供技术依据。
3.5加强施工管理与员工培训
人是一切工作计划的制定者和执行者，无论从结构合理、质量上乘的锚杆到性能优良的锚固剂，还是从灵活高效的锚杆钻装机具到灵敏精密的监测仪器仪表，都需要人来操作。我国煤矿施工队伍人员素质偏低，加上监督管理不到位，往往施工质量难以保证。因此，重视和加强锚杆支护技术人员和施工工人的技术培训和岗位训练，必然有助于我国煤矿锚杆支护技术的发展和锚杆支护的普及。
4结束语
目前,煤巷锚杆支护及快速掘进技术取得了长足的发展,锚杆支护在理论上正逐步完善,支护效果也达到预期要求,但仍然跟不上采煤技术的发展,并且在现场施工中仍存在较多问题,造成掘进速度上不去,这就需要尽快实现锚杆支护技术科学化、系统化、规范化,为更好地协调采掘关系,为矿井的高产高效建设奠定坚实的基础,从而推动快速掘进技术的全面发展。
参考文献:
[1]侯朝炯,郭励生,勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社.1999.
[2]周宝平.简析煤巷锚杆支护快速掘进技术的发展.中小企业管理与科技.2009.