煤矿巷道影响锚杆支护质量的因素
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作者: 靳职鹏
【摘要】锚杆支护技术是煤矿巷道作业的重要支护方式之一，特别是随着锚杆支护技术的不断改进与实践，对于煤矿开采来说，其安全性与可靠性得到了普遍的重视与推广。随着煤矿巷道断面的不断增大，对于来自巷道的安全压力也在增加，特别是冒顶、塌落等事故的威胁，更是对锚杆支护技术提出了新的挑战。本文将结合锚杆支护技术的发展现状与趋势，针对巷道地质特点的复杂性，就影响巷道支护质量的因素展开论述，从而选择合理的巷道支护方案，以增强矿井开采的安全保障。
【关键词】煤矿巷道；锚杆支护；质量分析；因素探究
锚杆支护技术以其“快速、主动、有效”等特点，在煤矿巷道支护中得到广泛应用。随着矿井开采深度的不断增加，对于巷道截面来说，来自巷道的安全压力更加突出，特别是冒顶、塌落等事故的频发，以及矿压信息的复杂性，都给锚杆支护技术提出了新的挑战。为了确保矿井开采的安全性，就影响巷道锚杆支护技术的各类因素进行分析，从技术上不断优化和改进其性能，以最大程度的增强矿井开拓的稳定性。
1.矿井巷道支护技术发展特点
矿井巷道是确保煤矿开采的重要安全措施之一，也是促进煤炭企业安全生产的重要保障，锚杆支护技术在我国已有50多年的应用历史，从锚杆支护的强度来看，经历了机械式锚杆、钢丝绳砂浆锚杆，端部树脂锚杆，以及快速水泥锚杆等过程，但从其支护刚度与稳定性来看，由于采用被动支护技术，仅适应于简单地质特点。随着高强度锚杆支护的引入，特别是高强度螺纹钢、高清树脂材料、动态支护设计方法的应用，新材料、新技术的应用促进了锚杆技术的不断发展。
从煤矿企业的发展来看，以实现利润的最大化是未来煤矿行业发展的主趋势，为了进一步做好煤矿开采的安全生产目标，对于深部开采或复杂地质条件下的巷道安全的稳固支护，已经成为未来矿井安全生产的重要保障。为此，加强对巷道及围岩实施全面的支护措施，必须把握巷道布置的发展趋势，一是从提高建井速度来看，加大对巷道层位的布置，变岩巷为煤巷；二是从确保矿井工期来看，提高巷道断面的利用率，特别是对回采巷道的应用，来推进采煤作用的施工进度；三是增加单巷在巷道数量中的比重；四是从矿井井深和复杂地质条件下，来提高巷道支护技术，以确保煤炭企业的稳步发展。
2.锚杆支护技术的特点及不足
2.1 锚杆支护技术的特点
从矿井实测数据和相关资料分析可知，对于矿井巷道锚杆支护效果来说，在采掘期间出现的围岩变形情况十分普遍，特别是在深井软岩巷道中，对于锚杆支护与金属支架的破坏非常明显。巷道支护预应力的分析来看，只有尽量消除软岩离层现象，避免在两帮围岩出现的应力集中，才能有效实现对初期围岩变形的控制，增强快速增阻能力。因此，在安装锚杆结构时，如果锚杆的工作荷载预应力过低，则锚杆对巷道两帮的作用力并不明显，而当安装时具有较高的预应力时，则随着巷道两帮移近量的增加，其对巷道围岩的抑制能够有效减少支护变形，因此，应该加大对锚杆高预应力的应用。
2.2 锚杆支护技术的不足
从矿井锚杆支护技术规范来看，尽管已经有相关的制度要求，然而对支护方式及结构参数的设定来说，囿于工程施工的局限性，难以从支护整体效用上来处理支护成本、支护强度、以及特殊地质条件下的支护措施的科学性，对于出现的冒顶、片帮等事故也难以得到有效的遏制；从锚杆支护材料的选用上，如对钢材、螺纹钢、树脂等质量要求不统一，直接影响支护质量；对于锚杆支护性能的检测技术与检测设备来说，由于精确度、实用性不强，难以全面反应锚杆的支护质量；对于当前施工环境复杂性来看，由于施工人员对锚杆施工方法与认识不够，对于安装操作质量引起的锚杆支护效果也造成不达标的影响，如过分重视对顶板的支护效果，而忽视了对底板及两帮的全面控制，或者部分施工人员因责任心不到位，对于锚索及锚杆的支护强度难以有效把握，以及施工中对锚杆施工工艺要求执行不到位，对锚索、锚杆的预应力考虑不周。
3.锚杆支护质量影响因素分析
从矿井支护选择方案可知，锚杆支护技术对于不同地质条件及施工环境来说，其支护质量的影响因素也不尽相同，综合来看主要有巷道围岩的地质构造、岩层稳定性、断面的大小、以及锚杆支护年限等因素。
3.1 锚杆预紧力与让压变形较小
对于采深的增加，特别是部分矿区采深达千米，对于来自巷道围岩的地应力也逐步增大，而当前锚杆扭矩通常在300N·m以下，随着初期围岩变形的加快，锚杆预应力难以有效控制围岩的离层等发生。特别是大采深矿井巷道需要高应力和大变形支护锚杆来提供足够的冲击韧性与延伸率，所以，常规锚杆的延伸性不够，导致断裂的现象较多。
3.2 锚固力稳定性不够
对于锚杆支护强度来说，不仅与锚杆的材质、性能有关，还跟锚杆钻孔、锚固剂、树脂药卷之间的匹配关系相关，对于锚固剂的搅拌不均匀所形成的环形厚度不一致现象，锚固剂与煤岩层之间的粘结力达不到要求，从而影响锚杆支护的整体强度，导致支护失效。也就是说，对于锚杆与锚固剂，以及锚固剂与煤岩壁之间的摩擦力不同，会引起锚杆的滑移。
3.3 锚杆局部受力不均匀
锚杆断裂是锚杆支护质量失效的重要表现，主要缘于锚杆受力过大，超过其自身的抗拉强度或抗剪强度要求。通过对巷道支护体系的测算，造成锚杆断裂的部位多发生在帮肩、巷道顶等施工角度与设计点不符的位置，从而引起局部受力不均，以受力过大而变形、断裂。
4.强化对锚杆支护质量的建议及对策
4.1 对锚杆材质及性能指标的控制
从锚杆支护质量的影响因素来看，不同材质、预应力值的锚杆，其对应的锚杆加固作用，防止滑移与抗拉应力效果也不同，总体来说，对于不同采深与巷道围岩性质特点，选择相应的材质与规格，从而更好的实现对巷道支护，及围岩补强的有效控制。
4.2 对锚杆扭矩力的适当选择
扭矩的增大与锚杆预应力关系紧密，从研究实践来看，对于锚杆支护中螺母与螺纹之间的摩擦力来说，当扭矩值超过400N·m时，其预应力相对增加较缓，因此，对于支护实际来说，从锚杆工艺精度、技术成本上来选择合适的材料，以满足扭矩值300-400N·m合理要求。
4.3 对锚杆变形让压性能的提升
对于变形让压功能来说，锚杆在过载过程中或受到较大冲击压力时，提高锚杆的延伸率是有效减少变形断裂的措施，特别是在螺母与托盘之间增加球形让压管，当让压管受到的让压荷载得到其设定值时，让压管通过自身的让压变形来实现对锚杆延伸率的提升。
4.4 强化对“三径”的合理匹配
对于锚杆支护体系的稳固性来说，强化对钻孔、杆体、树脂锚固剂的合理匹配，从而形成科学有效的锚杆支护参数值，以实现对矿井煤岩壁较高的支护效果。如对于螺纹钢锚杆来说，其杆体与钻孔直径应控制在6-8mm之间，并在确保有序安装的过程中，尽量加大树脂锚固剂的直径值，以实现最佳的稳定支护效应。
4.5 确保锚杆居中并受力均衡
锚杆断裂是影响锚杆支护质量的重要隐患，而对于锚杆断裂多以受力过大所致，特别是某点拉力或剪切力过于集中，为此，从技术上常用碟性高凸调角设计，增大螺母与托盘之间的接触面积，在安装中对于树脂锚固剂与钻孔轴线、锚杆中心线进行均匀对称，防止单侧应力集中，从而确保支护系统的良好稳定。
5.结语
通过对锚杆支护技术的特点及影响因素进行分析，结合锚杆、锚索、以及金属网等构件整体承载能力的有效控制，增加深井支护系统的预应力及延伸率，强化对“三径”匹配原则的规范，从而严格执行施工过程控制措施，确保锚杆支护质量的稳步提升。
参考文献
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