探析高强锚杆在深部煤矿巷道支护中的应用
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作者: 卢林
摘 要：煤矿开采业是一项危险系数较高的行业，煤矿巷道的支护措施是否可靠不但关系到巷道本身的安生生产性能，而且关系至矿井下采矿人员的生命安全。良好的巷道支护措施既能提高开采效益以能保证巷道及矿井人员的人身安全。本文从锚杆支护系统出发，对高强锚杆在深部煤矿巷道的应用进行探析研究。
关键词：锚杆 煤矿巷道 支护
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0047-01
我国煤矿巷道以矩形类的断面居多，存在直角与夹角，巷道的应力分布不均匀，受力差，此外，为了提高煤炭资源的回收利用，巷道通常采用小煤柱或无煤柱形式。而煤矿的生产条件主要表现为煤岩体强度低，动压强烈，层理节理发育，导致岩层极易离层垮落，对于深部煤矿巷道，地应力高，冲击地压明显。因此，煤矿巷道及开采条件决定了煤矿巷道结构及其支护措施的复杂性，尤其对于深部煤矿巷道，复杂困难的巷道情况对支护技术的要求更为严苛。
1 高强锚杆支护系统分析
1.1 锚杆支护理论
从锚杆对煤岩体支护作用出发，学者提出多种锚杆支护理论，传统的锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论及加固拱理论等。悬吊理论是最早开始研究的锚杆支护理论，它的的特点是简单易懂并且使用方便，在松散及破碎的岩层条件下应用及为广泛，其缺点是对锚杆的抗拉作用考虑过多，对锚杆抗剪能力考虑过少，从而导致松散破碎岩层整体强度没有得到有效的提高；组合梁理论是从层状岩层的实际中发展出来的，该理论充分研究了锚杆与层岩的离层与滑动作用，指出锚杆产生的轴向力能对岩层的离层产生牵拉作用，增大了各岩层离层之间的摩擦力，从而与锚杆的抗剪力一起对岩层的滑动起到了有效的阻止；加固拱理论认为无论是在何种煤矿巷道下，安装锚杆可以形成一个稳定的承载结构，其要求是只要锚杆之间的距离足够小，一个均匀的压缩带就能在岩体中产生，其作用是即使上部的岩层被破坏，锚杆也仍能承受来自上部破碎岩层的荷载。该理弥补了悬吊理论没有考虑至支护整体强度提高的缺陷，相反加固拱理论对锚杆的整体支护作用进行了充分细致的考虑和研究，因此，在目前的软岩煤矿巷道中得到了广泛的应用并取得了良好的成效。
1.2 锚杆支护的适用性分析
锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指水泥浆体及预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。而在千米深井的巷道、软岩巷道、动压强烈巷道或矩形大断面巷道等条件复杂的深部巷道中多采用高预应力、强力锚杆。在这些情况下使用高强锚杆能对围岩的强烈变形起到有效的控制作用，其支护效果也往往十分显著。本文以下主要就高强锚杆在深部煤矿巷道中的支护应用展开分析。
2 高强锚杆在深井巷道中的支护应用
应用高强锚杆对深井巷道进行支护，其应用的关键是锚杆支护成套的技术支持。这个庞大的系统中包含对巷道围岩地质的勘测、锚杆的支护设计、支护材料的选用、施工程序、支护工程的质量检查以及矿压的监测等等。以下主要就锚杆的支护设计、支护施工程序及工程质量检查等方面进行重点探讨。
2.1 锚杆的支护设计
在千米的深部煤矿巷道里，为了解决高地应力巷道的支护难题，一般采用锚杆与锚索支护相结合的方法。而在千米以下的深部巷道中，使用二次支护技术已经不能有效地控制巷道围岩的强烈变形时，则应该考虑采用高预应力、强力锚杆来进行支护。
在利用锚杆与锚索联合支护时，在所加固的岩体周围会形成预应力，只要设计好锚杆和锚索的间距，每一个锚杆所产生的预应力会相互叠加，最终在群锚的作用下产生巨大的预应力。对于锚杆和锚索的支护方式设计要充分考虑巷道岩石的完整程度、岩石的硬度及其节理情况。此外，对地应力及锚杆的使用年限及受动压的影响情况等也要加以综合考虑。在深井煤矿的巷道支护设计中，由于矿顶层的易碎性，在其支护设计中最常用的是锚杆与锚索配合金属网的联合支护方式，锚杆与锚索的韧性相对小，抗弯强度不高，容易贴合顶层，但其所能承受的负荷也相对较小，因此，若深部巷道的顶层平整则常考虑用锚杆及锚索对直接顶进行加固处理，因为锚杆与钢梁所能承受的负载更大，对于伪顶通常采用锚杆进行加固，而锚杆通过使用拉杆而产生的挤压力能减小或消除下位岩层中的拉应力，最后形成一种类似桁架的承载结构，使顶板岩层受压，拉杆受拉应力。当顶板具有较好的完整性和较大的分层厚度时，通常采用锚杆与锚索相结合的支护设计，锚索要求长度较长，能在围岩上部形成一个防止围岩松动及变形的加固拱，确保巷道的稳定。在实际应用中，经过数值模拟分析，深井巷道支护形式为高预应力、加长锚固强力锚杆，并喷射混凝土。
2.2 高强锚杆支护的施工流程及其质量检查
高强锚杆的施工流程可用以下简图示意。
材质检验―机具率定―钻孔―清孔―团结灌浆（根据坍孔条件而定）―扫孔―清孔―锚杆组装―运输―穿束―内锚固段灌浆―外锚头砼制作―张拉―锁定―观测（抽样检查孔）―封孔灌浆―封固外锚头。
高强锚杆要求高强精轧螺纹钢筋有产品性能指标，并在每批钢筋中随机抽查，截下钢筋的端头做材质检验，以判断其性能是否达标；其次若材料中出现强度、延伸率、弹性模量等任何一项达不到施工技术要求或是出现锈蚀、碰伤等问题时，均不能在施工中使用；施工中要注意高强精轧螺纹钢筋的截断应用砂轮切割机，严禁使用电气切割等方式，此外，要检查预应力高强锚杆所用的连接器，锚具、锚垫板均需检验是否达到设计要求，内锚头固定段水泥砂浆及外锚头自由段水泥砂浆的标号均要求达到施工标准。在锚杆施工质量检测方面，采用锚杆拉拔计、锚杆预紧力检测器及声波锚杆锚固质量检测器进行锚杆施工质量检测。
3 结语
在深部煤矿巷道中，使用高强锚杆对巷道进行支护，其作用主要是为了防止锚固区围岩发生滑动或产生裂隙而张开，让煤岩体处于一种完整和连续的状态，增强其受力能力；在支护巷道的过程中，对支护起决定性作用地是锚杆预应力及预应力的扩散程度。对于在深井巷道中，把握好高强锚杆的支护施工的工艺流程，做好质量把关工作，则高强锚杆的应用能为深部煤矿巷道的提供良好的支护。
参考文献
[1] 康红普，王金华，林健，等.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29（4）.
[2] 王正军.锚杆（锚索）在煤矿巷道支护中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2014，（6）.
[3] 李君青.高预应力、强力锚杆与锚索支护技术在三交河煤矿的应用[J].山西煤炭，2014，34（2）.
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