解析煤矿深部掘进锚杆支护技术应用
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作者: 马超
摘 要：随着我国经济社会发展的转型升级，以及城镇化进程的快速推进，我国的煤炭供应局面日渐紧张，而这就需要更加重视煤炭的开采工作。在煤炭开采中，尤其是煤矿深部开采中使用新技术，从而确保开采的安全性和效率。在本文中，笔者结合自身的工作实际与理论知识，结合具体的煤矿，分析了煤矿深部掘进锚杆支护技术的实际应用。
关键词：煤矿开采 深部掘进 锚杆支护 技术应用
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0104-02
在煤矿开采过程中，经常会遇到深部掘进作业的情况，为了确保深部开采的安全性，必须采用锚杆支护技术，通过改进技术来确保深部开采的安全性，确保煤矿开采的顺利与安全进行。在本文中，笔者从煤矿深部掘进锚杆支护作用的基本原理、监控设计方法和施工要求等几方面分析了煤矿深部掘进锚杆支护技术的实际应用。
1 煤矿深部掘进锚杆支护的作用机理
笔者所在的煤矿，当前已经开采到地下垂直深度800 m的位置，已经属于深部开采的范围，而且地下开采的地质条件比较复杂，主要有砂页岩、砂岩等组成，是一种复合型的地层结构，而且构造多裂隙层理、围岩软发育等。2012年以来，在深部煤矿开采过程中，总结出一定的深部煤矿开采经验，而且在开采用运用了深部掘进锚杆支护技术，从而保证了快速煤炭开采的快速掘进，有效满足了煤炭安全生产的要求。下文中，笔者结合自身多年的工作经验，探讨该技术的作用机理。
1.1 影响锚杆支护巷道围岩稳定性的因素
（1）巷道围岩的应力因素。
岩体体内的应力与煤层的赋存环境这两个因素对岩体结构的控制作用有着很大的影响，在一定程度上决定着岩体的控制作用。而我们知道，巷道围岩的应力环境主要受煤层赋存环境和工程活动两种因素的影响。而其中，围岩的应力环境因素主要包括地下水状况、煤层倾角、地应力与煤层厚度等。影响围岩巷道应力的环境因素主要包括：第一，巷道埋深；第二，断面的形状；第三，采掘应力；第四，原岩应力等。
（2）掘进速度与支护时间。
煤矿巷道开挖之后，围岩的表面是二向受力状态，在这种受力条件下，围岩的径向应力的变化会逐渐增大，在这时，如果不及时进行巷道的锚杆支护，则在围岩应力的作用之下，巷道可能不断发生变形。因此，这就要求准确把握支护的时间，确保巷道不产生变形。
此外，巷道的掘进速度与巷道的围岩和支护体的力学状态也会产生一定的影响，如果掘进的速度太慢的话，则可能造成支架-围岩共同作用体系遭到破坏，从而影响到煤矿的安全生产作业。
1.2 预应力锚杆支护力学的基本机理
预应力锚杆支护的基本力学机理：通过降低锚杆的锚固来减少围岩的强度。对于围岩来说，及时进行锚固，则可以有效阻止其松动，有效阻止其松动的进一步发展和扩散，同时也可以静滴围岩的强度，最终确保围岩是是一个整体性较好的结构，提高其承载能力，发挥围岩和支护体的承载作用，两者共同的承载作用。
2 煤矿深部煤炭巷道锚杆的支护设计
现阶段，比较理想的煤矿深部煤炭巷道锚杆的参数设计方法是一种动态的设计方法，而不是传统意义上的静态设计方法。这种动态的设计方法可以对地应力常、巷道的稳定性等产生一定的英系那个，它的主要理论依据包括三个方面：一是围岩变形失稳规律；二是锚杆支护基本机理；三是支护特性。通过现场的勘察，以工程实例为主要的表现形式，主要的依托手段，其工程准则的核心内容便是解释实测与观测结果。这种理想的煤矿深部煤炭巷道设计方法主要有四个步骤：
（1）岩体条件的系统分析。对巷道做细致的勘察，并认真仔细的分析，通过分析搞清楚围岩的岩石强度、岩体节理裂隙发育程度、构造的影响和沉积的变化等。
（2）设计初步。根据调查得到的围岩岩体条件、构造条件、试验的相关数据资料，以及同类工程的实践经验等，同时参考工程类比所确定的支护结构、形式和参数层，对巷道的支护参数进行相应的预设计，并根绝工程反馈回来的信息作出修改和完善。
（3）矿压观测。矿压的观测，首先是了解巷道的掘进是否与初步的设计一致性，从而有效排除掘进施工中的影响质量的因素。一般情况下，观测矿压，采用的是传统的矿压观测方法，通过观察巷道围岩的变化与顶板离层量、锚杆受力、锚索应力等，对矿压观测的数据进行全面的、细致的分析，进而判断其与巷道支护设计的一致性、合理性，对于存在的问题提出修改性的意见，使设计不断得到完善。
（4）支护效果的现场调查。工程支护效果的现场调查分为两个阶段：一是巷道掘进时期；二是服务时期。而调查的主要内容包括：支护结构的作用效果、破坏的部位、数量等。通过现场的调查，准确分析和判断矿压观测数据，从而得出巷道的稳定性结果。在巷道的掘进阶段，应及时利用巷道稳定性的分析结果、从而完善其初步设计；而在服务阶段，则分析调查的结构是否会对巷道的安全性能产生影响，考察支护设计的合理性。通过现场调查结构的分析与论证，改进与优化巷道的支护结构、形式与参数等。
在巷道支护动态设计中，有效利用了当前的锚杆支护理论与经验。但是现场的监测、信息的反馈等，尤其是海量设计信息中的规律探索，揭示其中的规律，而这是其他设计方法没有使用过的，无可比拟的优势。
3 深部掘进锚杆支护技术要求支护效果分析
3.1 掘进锚杆的支护技术要求
深部掘进锚杆支护的技术要求和保障措施主要包括三条：第一是短距离掘进、快速锚杆支护和及时支护，最大的控制顶距离不能够超过23 m，而顶板破碎时不能够大于1 m，锚索的施工处理必须紧跟工作面，对于该煤矿深部的设计，其参数的设计必须进行预先的设计，比如锚索、网联合支护、锚杆等，均要进行预先的设计。第二是锚杆孔采用的是单体风动锚杆钻机施工技术，从而保证了三径匹配的合理性，确保孔深的误差控制在30 mm的范围内，而钻孔的角度符合施工的要求；此外，在施工之前，必须进行清孔作业。第三，保证锚固力按照规定的要求进行使用，特别是在搅拌过程中，应当保证锚杆可以达到设计的预紧力。 3.2 矿压观测与支护效果的分析
第一，图1所展示的是在掘进期间，矿压观测与支护效果的示意图。从掘进期间巷道围岩表面围岩的曲线示意图可以看出，在掘进一段时间之后，巷道内的变形比较剧烈，而且巷道表面的移近量增加的比较多，但是随后的变化趋于稳定。第二，巷道两侧的移近量基本趋于稳定的时间段是35～39 d这段时间，而最大的有318 mm 的移近量，而平均的移近量为300 mm；巷道底板的移近量在17～28 d之后趋于稳定，最大为77 mm，掘进期间的平均位移量为65 mm。第三，在巷道掘进期间，两侧的位移量要远远大于顶板的位移量，而且它的稳定时间比较长。从这里可以看出，可以有效控制围岩松动与片帮，控制巷道掘进过程中的围岩变形，把其影响降到最低。
3.3 相关的结论
通过上文中的分析，我们基本上可以得出以下结论：第一，通过对煤矿深部掘进锚固支护技术的研究，通过使用高强预应力锚杆组合技术与补强措施，可提高围岩的承载能力，有效控制围岩的变形情况，从而实现煤矿巷道的稳定，确保采矿的安全性。第二，巷道组合锚杆支护技术对于帮煤体的效果比较好，而且有效保证了其完整性，在巷道的整个服务时期内，通过优化维护的工序，保证综采面的高产稳产，以及综采面的安全生产。第三，煤矿深部巷道采用锚杆支护技术，具有比较显著的技术效果，具有明显的经济效益，通过降低工字钢梯形的支护成本与维护费用，使整个巷道的掘进成本降低了近1/5。第四，采用动态设计理念来进行巷道支护设计，有效克服了传统设计理念不足，在煤矿深部巷道掘进的应用中具有重要的意义，实现了技术上的突破。
4 结语
当前，随着我国经济社会发展的转型升级，能源资源的供应出现了紧张的局面，在这样的背景下，探索煤矿深部掘进锚杆支护技术，实现煤矿的安全生产，也就有了重要的意义。煤矿的安全生产，对于企业来说是实现经济效益的前提。在本文中，笔者结合自身的理论知识和工作实际，首先分析了锚杆支护技术的基本技术原理，然后分析了其在煤矿深部掘进中的实际应用。最后，笔者通过分析，得出了相关的结论。实践与理论均证明，该技术在煤矿中的应用，保证了煤矿开采的安全性。
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