煤巷合理支護技術及施工工藝探討論文
摘要：研究了錨桿支護技術在煤礦掘進巷道發展中的作用理論及施工設備的工藝要求，從而有效提高錨桿支護技術的運作效率及施工的安全性。
關鍵詞：掘進巷道；錨桿支護；施工工藝
在煤礦巷道掘進技術生產過程中，采用合理的支護技術會使煤礦生產得到有效的安全保障，同時也會促進煤礦的經濟發展。目前煤礦開采工作大多采用錨桿支護技術，同傳統的木支護技術及型鋼支護技術相比，煤礦開采效率大大提高，具有安全高效的特點，在開采過程中取得較為理想的效果。錨桿支護技術從整體效果來看，不斷提高中國的煤礦開采水平及成巷進度，節約了大量人力物力，取得較好的發展技術及經濟效益，目前是中國現代化煤礦開采技術發展的必要階段。
1錨桿支護的本質作用
錨桿支護技術的本質是利用錨桿固定住巷道淺層的巖體，并實現承載結構的穩定性。為了實現錨桿支護的作用效果，要保持錨桿加固的結構完整性，避免出現大面積泄露或網兜現象；錨桿支護的重要作用是加固巖層結構的承載力，通常會根據承載結構內壓的實際大小及預應力的擴散面積來判斷承載能力，錨桿支護必須具有良好的剛度及預應力效果，預應力的擴散作用對支護技術有著重要的影響效果，比如留巷的巷道具有相對較大的承載能力，而動壓巷道與靜壓巷道相對來說承載能力較弱；承載結構要有足夠適當載壓的內部煤層體，當煤巖層發生較大強度的深巖來襲，要利用錨桿支護結構來控制深巖強度破壞，而錨桿支護結構能適當地向外推出整體的承載結構。此時應該保持承載結構的完整性，避免因失效的支護結構而引發重大的冒頂片幫等事故，因此要控制錨桿支護在動壓較強的煤礦巷道內存在過長的錨桿長度，避免造成錨桿由于動壓作用而發生斷裂，影響施工效果[1]。
2錨桿支護技術的作用原理及施工要求
2.1錨桿支護技術的理論分析
為了更好地理解錨桿支護技術的作用原理，首先需對中國煤層周圍的巷道做大致的調查，比如煤礦周圍的巷道被破碎圍巖體包圍，不具有支撐作用，如果脫離了支護的支撐，圍巖體很可能脫落，此時具有懸吊作用的錨桿支護技術便發揮不出懸吊作用。通常錨會被固定在周圍巖層上，而錨桿支護技術就是靠懸吊作用將煤礦巷道內的圍巖體用錨桿懸吊起來，從而形成有效的支護效果。懸吊作用的原理是將煤層中下部不穩定的巖層懸吊在上部堅硬的巖層上，從而增強錨桿的拉力作用。錨桿支護技術通常也會應用于組合梁理論和組合拱理論，中國煤層圍巖體多屬于層狀巖石，破碎程度較深的圍巖體一般會通過自身摩擦和相互擠壓的作用力而產生一定的穩定狀態，在這種環境下，錨桿支護會起到一定的承載力，利用錨桿將圍巖體固定為一個整體狀態，從而增強承載能力。此時組合拱理論更適用于這種地質環境，組合拱理論的作用原理能合理解釋圍巖體破碎后仍能處于穩定狀態。比如在解決大面積巷道的支護措施，錨桿支護可利用組合拱理論將破碎圍巖體組合成一個整體，便會形成具有穩定狀態的承載力較強的拱形結構，從而防止圍巖體因過度垮落而變形，為工作環境創造一個安全有效的運作機制。隨著中國不斷加大對煤礦的開采深度與進度，相對完善的錨桿支護技術也在不斷適應復雜多變的煤層，只有深刻理解錨桿的支護理論，才能有效把握煤礦巷道開采工作的進程，從而充分實現錨桿支護技術的作用理念。
2.2錨桿支護技術的施工要求
錨桿支護的作用范圍較廣，但在實際施工中，要重點把握錨桿的具體施工要求，盡量減少系統誤差。比如首先確定錨桿孔的位置，錨桿孔需要提前控制到位，為了控制系統誤差，必須選取間距低于100mm且軸向角度低于5°的錨桿孔，將錨桿孔長度盡量控制在長于錨桿體的有效長度與低于錨桿體長度有余30mm。安裝錨桿時要注意將錨桿直接對準錨桿孔底，錨桿尾部剩余距離不能超過20mm，保證錨桿安置妥當，不影響安裝進程。根據煤礦施工的嚴格標準，應在整個巷道掘進工作面的范圍內懸掛作業牌板，作業牌板的安置懸掛應置于通風照明處，方便施工人員監督與排查。對于較為復雜的煤層區域，可實行特殊的支護手段，比如具有強化功效的加密錨桿。在施工過程中，要重點排查出現問題的煤層區域，控制危險系數，保證在安全環境下作業，此時便要求對支護巷道的穩固性及頂板支撐的錨桿進行定期檢查與修護，比如煤礦巷道內存在浮石，應及時毀掉原有的錨桿鉆孔，并在此基礎上用型鋼材料做錨梁，同時安裝鋼筋混凝土錨桿；巷道內經常發生巖崩危險，應及時清理崩落的巖石，用錨桿固定住煤礦巷道內的下部，在錨桿支護下，可降低巖層再次崩落的頻率[2]。
2.3錨桿支護技術發展現狀及存在的問題
煤礦巷道掘進工作采用的支護技術經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護及錨桿支護，顯然錨桿支護技術的應用效果強于其它幾種支護手段，主要從其支護材料、設計理念及檢測技術上可體現。錨桿技術可適應較為復雜的巖層，支護破碎程度較深的圍巖層，使其整合為一個整體不至于脫落，新型組合錨桿支護不僅可起到懸吊作用，還能增強巖層承載力，從而提高了煤礦掘進工作的安全性能。然而錨桿支護技術在應用過程中會出現一些問題，比如機械化程度不滿足現代煤礦掘進巷道技術，機械化程度受到中國煤層地質條件及掘進設備影響較大。部分地區發展不發達，煤礦錨固工作在空頂環境下使用手持式鉆機，不僅工作效率低，且危險系數極高，稍不注意就會引發煤礦災難。錨桿支護的配套技術也亟待完善創新，比如對煤層巷道進行鉆眼工作，鉆眼過程會隨之出現大量水流與氣流，并沖出鉆孔內的巖屑，對工作人員有極大的沖擊力，同時加大了施工難度。錨桿支護技術尚處于研究階段，一些實質性問題比如掘進效率低、錨固作業匹配程度低等，作業匹配程度低就會影響掘進效率，還可能損壞煤礦巷道的工作地板，因此，提升錨桿支護的作用機制，要從不斷提高作業之間的匹配度，從而有效提高作業工作效率。
3快速掘進與支護一體化設備施工工藝研究前景
錨桿支護技術最早發展于德國謝列茲礦，20世紀50年代中國開始在煤礦掘進巷道中推進錨噴支護技術，隨后吸收外國先進的錨桿技術，其安全高效、高收益、低成本的優點被人們所熟知，其應用前景逐漸向著快速掘進與支護一體化發展，經過多年應用探索，中國的錨桿支護技術逐漸擁有高端的支護材料、新穎的設計理念及高效的監測技術。隨著中國不斷加大回采工作面的機械化水平，煤礦采掘工作跟不上回采工作面的推進步伐，這就導致煤礦開采面臨現實的發展難題，從而降低了煤礦巷道掘進的工作效率，也拉低了煤礦工業的經濟需求。中國現階段采用的錨桿技術是綜合掘進機械化的普通作業性質，利用綜掘機綜采煤，膠帶機運送煤，多為人工操作的單體錨桿鉆機。該巷道掘進配套技術自動化程度較低，一般掘進深度每月平均為300m，最好的情況也是低于800m，掘進效率并不能滿足現代煤礦生產需求。一般造成掘進效率低的主要原因是快速掘進與錨桿支護技術不能實現一體化，且支護時間相對于割煤時間較長，回采工作面的割煤時間大約占17%~34%，支護時間高達67%。隨著中國不斷引進外國先進的支護技術經驗，逐漸實現快速掘進與支護一體化，從而有效提高了煤礦月進尺度，其中在神東礦區大柳塔礦實現了連續采煤機與錨桿臺車的推進使用，采掘尺度為月進尺1500m，這無疑是堅定中國新型錨桿支護技術的支持態度。由于外國的掘進配套模式并不完全滿足中國的煤層開采條件，而要實現月進尺高于800m的巷道快速掘進設備及配套的施工工藝，必須在了解中國煤礦復雜條件的基礎上，研究適合中國煤礦條件的掘進配套模式[3-5]。
4結語
錨桿支護技術應用領域極為廣泛，是中國發展較為前端、經濟前景較為發達的高新技術。錨桿支護技術彌補了傳統支護技術的不足之處，在安全性質、經濟效益及運作效率等方面均發揮了重要作用。面對中國復雜多樣、開采強度大及開采深度大的煤巷來說，盡管錨桿支護技術的作用范圍較大，但更需要開發新型的支護技術，針對不同性質的地質情況，應采用相應的錨桿材料及施工工藝，這樣才能有效提高生產效率，取得良好的支護效果，為安全生產提供了保障。
參考文獻：
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