煤矿深部巷道锚杆支护的制约因素浅析
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作者: 陈玉理
摘要：锚杆支护在我国煤矿支护中有了很好的运用，然而在其发展中也凸显了一些问题。本文介绍了当前我国锚杆支护的发展状况，指出了影响煤矿深部巷道锚杆支护效果的几个关键性问题，并进行了详细阐述。强调了支护附件的粗糙加工以及施工机具的落后是制约锚杆支护技术快速发展的重要原因，进一步提高锚杆检测仪器与技术是锚杆支护技术发展的有力保障。
关键词：锚杆支护 支护附件 施工机具 检测仪器
我国煤矿巷道的锚杆支护技术已经有50多年的发展历史，由于其具有“快速，主动，有效”的特点，得到广大煤矿企业和工程技术人员的普遍认可。经过多年的研究、改进和工程实践，已成为我国煤矿巷道的主要支护形式之一。随着煤炭开采深度的不断增加，巷道断面的不断扩大以及巷道压力的增大，冒顶事故时有发生，凸现了锚杆支护中存在的一些问题。
1 锚杆支护支中预应力普遍偏低
根据大量矿压观测发现，深井软岩巷道掘进期间围岩变形普遍在500-800mm,金属支架与普通的锚杆支护此阶段就已经遭到破坏。只有通过提高支护的预应力，从而消除弱面离层现象，同时缓解两帮围岩的应力集中程度和岩体破坏现象，初期围岩变形才能得到控制，进而实现快速曾阻，达到高工作阻力。在高阻条件下实现让压，才可能将巷道掘进期间的围岩变形量控制在300-400mm以内，即高预应力才能实现巷道的长期维护。
在安装锚杆时如果没有预应力或者预应力过低，随着巷道两帮移近量的增加，锚杆的工作载荷不会有较大的提高，此时锚杆支护的作用并不明显；而当安装锚杆时如果给予较高的预应力，那么锚杆的工作载荷也随着巷道两帮移近量的增加而明显增大，能够有力的抑制巷道围岩的进一步变形。虽然我国锚杆支护得到了相对广泛的应用，但在锚杆支护设计和现场施工中，都忽视了提高预应力这一关键技术因素。主要表现在以下几个方面:
(1)没有将锚杆的预应力作为锚杆支护设计的参数。增大锚杆预应力能显著减少深部巷道围岩强度弱化，减小围岩破碎区范围，提高深部巷道稳定性。高性能高预应力锚杆支护可以解决大量的技术难题，在很大程度上可以代替目前广为采用的锚杆锚索支护，能够及时主动的加固围岩，提高技术含量。
（2）现场施工中忽视高预应力锚杆支护的重要性。通过多个煤矿井下的现场观察发现，工人在安装锚杆过程中，用锚杆钻机安装上锚杆即可，没有对锚杆进行加扭得习惯。由于我国的锚杆钻机输出扭矩较低，不能达到锚杆支护的高预应力要求，在这种情况下高预应力的锚杆支护很难达到理想的支护效果。
（3）忽视高预应力的锚杆支护的滞后预紧。不论锚杆钻机和气扳机对锚杆螺母的扭矩多大，经过一段时间后锚杆的预应力都有一个急速下降期，甚至有的锚杆扭距力会下降到零。因此要求在煤巷锚杆支护设计时给出明确的二次紧固指标，以保障高预应力锚杆的支护效果。
2 锚杆及其附件加工不规范
（1）锚杆杆体和螺纹不等强。虽然杆体强度高，但是由于螺纹部分加工时强度降低，从而降低了锚杆的整体强度，不能产生与强度匹配的高锚固力。在监测锚杆锚固力时就大量的出现锚杆杆体与螺纹结合处的断裂现象。
（2）托盘加工粗糙，强度低。托盘加工的不规范往往造成锚杆螺帽与托盘之间，托盘与钢带之间不能形成面接触而仅仅是点接触，使锚杆的两个减磨垫片不能发挥应有的作用，既影响锚杆的受力平衡，又不能直观的显示锚杆的安装质量。
（3）锚杆支护的附件刚度偏小。锚杆支护中钢带、托盘、金属网等附件的作用不可小视，如果附件刚度过低，则围岩作用在附件上的力不能有效的传递到锚杆上，导致锚杆受力不大，而钢带和托盘等附件则出现严重的变形或开裂、折断，金属网出现破网。此时往往人们总误认为是锚杆支护的强度不够，从而采取缩小锚杆间距、增大锚杆直径等方法进行补救。
（4）锚索性能差。目前煤矿锚索使用的钢绞线直径有15.25mm和17.80mm两种规格，锚索直径偏小，强度不够，不能适应围岩的大变形。经过大量的观测表明，当锚索受力很大而锚杆受力很小时是难以避免锚索破断失效的。应该采用新材质、大直径的锚索使锚索与锚杆共同作用，以适应深部巷道围岩的大变形。
3 锚杆施工机具落后。我国锚杆钻机品种较多，但性能适宜且可靠性高的产品不多。到目前为止，我国已开发40多种不同类型的锚杆钻机，但适于井下且性能可靠的只有3-4种品种。随着煤炭开采深度的逐渐增加，巷道压力不断加大，支护难度也越来越大，尤其在没有进行支护的底板破坏趋势将会成为更加突出的问题。高性能高预应力的锚杆支护是解决深部巷道支护的最有效途径，但我国锚杆钻机的输出扭矩远不能满足高预应力锚杆一次性快速安装的需要，这与国外先进技术还有很大的差距。同时我国还没有打底眼的锚杆施工机具，这将在很大程度上制约我国锚杆支护技术的进一步发展。
4、锚杆检测仪器与检测技术不健全。 锚杆支护是一项隐性工程，及时有效的施工检测是监督施工质量、保证锚杆支护安全可靠的重要手段。我国虽也比较重视锚杆支护的检测工作，先后研制了一些监测与检测仪器但性能不高，功能不全，还未形成系列配套的综合检测技术。锚杆检测是施工质量与安全工作的重要保证，因此，加大检测仪器仪表的研制力度是非常重要的，它将为我国煤矿锚杆支护技术的发展提供安全保证。
5 结语锚杆支护技术是一项貌似简单，实则复杂的系统工程，影响支护效果的因素很多。随着科学技术的进步，锚杆产品的规范化和精细化生产以及锚杆支护检测技术的完善，人们对锚杆支护作用机理认识的进一步加深，锚杆支护必将成为煤矿支护最具有发展潜力的技术。
参考文献：
（1）邹 敢。浅谈锚杆钻机的发展现状，矿山机械，2006,34.（2）张 农，高明仕。煤矿高预应力锚杆支护技术与应用，中国矿业大学学报，2004,33.（3）姚爱敏，孙世国，刘玉福。锚杆支护现状与发展趋势，北方工业大学学报，2006,19.
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