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煤巷合理支護技術(shù)及施工工藝探討論文
摘要：研究了錨桿支護技術(shù)在煤礦掘進(jìn)巷道發(fā)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(shù)的運作效率及施工的安全性。
關(guān)鍵詞：掘進(jìn)巷道；錨桿支護；施工工藝
在煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)過(guò)程中，采用合理的支護技術(shù)會(huì )使煤礦生產(chǎn)得到有效的安全保障，同時(shí)也會(huì )促進(jìn)煤礦的經(jīng)濟發(fā)展。目前煤礦開(kāi)采工作大多采用錨桿支護技術(shù)，同傳統的木支護技術(shù)及型鋼支護技術(shù)相比，煤礦開(kāi)采效率大大提高，具有安全高效的特點(diǎn)，在開(kāi)采過(guò)程中取得較為理想的效果。錨桿支護技術(shù)從整體效果來(lái)看，不斷提高中國的煤礦開(kāi)采水平及成巷進(jìn)度，節約了大量人力物力，取得較好的發(fā)展技術(shù)及經(jīng)濟效益，目前是中國現代化煤礦開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的必要階段。
1錨桿支護的本質(zhì)作用
錨桿支護技術(shù)的本質(zhì)是利用錨桿固定住巷道淺層的巖體，并實(shí)現承載結構的穩定性。為了實(shí)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(wǎng)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(huì )根據承載結構內壓的實(shí)際大小及預應力的擴散面積來(lái)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(shù)有著(zhù)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(dòng)壓巷道與靜壓巷道相對來(lái)說(shuō)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(fā)生較大強度的深巖來(lái)襲，要利用錨桿支護結構來(lái)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(shí)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(fā)重大的冒頂片幫等事故，因此要控制錨桿支護在動(dòng)壓較強的煤礦巷道內存在過(guò)長(cháng)的錨桿長(cháng)度，避免造成錨桿由于動(dòng)壓作用而發(fā)生斷裂，影響施工效果[1]。
2錨桿支護技術(shù)的作用原理及施工要求
2.1錨桿支護技術(shù)的理論分析
為了更好地理解錨桿支護技術(shù)的作用原理，首先需對中國煤層周?chē)南锏雷龃笾碌恼{查，比如煤礦周?chē)南锏辣黄扑閲鷰r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(shí)具有懸吊作用的錨桿支護技術(shù)便發(fā)揮不出懸吊作用。通常錨會(huì )被固定在周?chē)鷰r層上，而錨桿支護技術(shù)就是靠懸吊作用將煤礦巷道內的圍巖體用錨桿懸吊起來(lái)，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(shù)通常也會(huì )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(huì )通過(guò)自身摩擦和相互擠壓的作用力而產(chǎn)生一定的穩定狀態(tài)，在這種環(huán)境下，錨桿支護會(huì )起到一定的承載力，利用錨桿將圍巖體固定為一個(gè)整體狀態(tài)，從而增強承載能力。此時(shí)組合拱理論更適用于這種地質(zhì)環(huán)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(tài)。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(gè)整體，便會(huì )形成具有穩定狀態(tài)的承載力較強的拱形結構，從而防止圍巖體因過(guò)度垮落而變形，為工作環(huán)境創(chuàng )造一個(gè)安全有效的運作機制。隨著(zhù)中國不斷加大對煤礦的開(kāi)采深度與進(jìn)度，相對完善的錨桿支護技術(shù)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(kāi)采工作的進(jìn)程，從而充分實(shí)現錨桿支護技術(shù)的作用理念。
2.2錨桿支護技術(shù)的施工要求
錨桿支護的作用范圍較廣，但在實(shí)際施工中，要重點(diǎn)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(cháng)度盡量控制在長(cháng)于錨桿體的有效長(cháng)度與低于錨桿體長(cháng)度有余30mm。安裝錨桿時(shí)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(guò)20mm，保證錨桿安置妥當，不影響安裝進(jìn)程。根據煤礦施工的嚴格標準，應在整個(gè)巷道掘進(jìn)工作面的范圍內懸掛作業(yè)牌板，作業(yè)牌板的安置懸掛應置于通風(fēng)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(shí)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(guò)程中，要重點(diǎn)排查出現問(wèn)題的煤層區域，控制危險系數，保證在安全環(huán)境下作業(yè)，此時(shí)便要求對支護巷道的穩固性及頂板支撐的錨桿進(jìn)行定期檢查與修護，比如煤礦巷道內存在浮石，應及時(shí)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(shí)安裝鋼筋混凝土錨桿；巷道內經(jīng)常發(fā)生巖崩危險，應及時(shí)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(shù)發(fā)展現狀及存在的問(wèn)題
煤礦巷道掘進(jìn)工作采用的支護技術(shù)經(jīng)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(shù)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(shù)上可體現。錨桿技術(shù)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(gè)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(jìn)工作的安全性能。然而錨桿支護技術(shù)在應用過(guò)程中會(huì )出現一些問(wèn)題，比如機械化程度不滿(mǎn)足現代煤礦掘進(jìn)巷道技術(shù)，機械化程度受到中國煤層地質(zhì)條件及掘進(jìn)設備影響較大。部分地區發(fā)展不發(fā)達，煤礦錨固工作在空頂環(huán)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(huì )引發(fā)煤礦災難。錨桿支護的配套技術(shù)也亟待完善創(chuàng )新，比如對煤層巷道進(jìn)行鉆眼工作，鉆眼過(guò)程會(huì )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(shí)加大了施工難度。錨桿支護技術(shù)尚處于研究階段，一些實(shí)質(zhì)性問(wèn)題比如掘進(jìn)效率低、錨固作業(yè)匹配程度低等，作業(yè)匹配程度低就會(huì )影響掘進(jìn)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(yè)之間的匹配度，從而有效提高作業(yè)工作效率。
3快速掘進(jìn)與支護一體化設備施工工藝研究前景
錨桿支護技術(shù)最早發(fā)展于德國謝列茲礦，20世紀50年代中國開(kāi)始在煤礦掘進(jìn)巷道中推進(jìn)錨噴支護技術(shù)，隨后吸收外國先進(jìn)的錨桿技術(shù)，其安全高效、高收益、低成本的優(yōu)點(diǎn)被人們所熟知，其應用前景逐漸向著(zhù)快速掘進(jìn)與支護一體化發(fā)展，經(jīng)過(guò)多年應用探索，中國的錨桿支護技術(shù)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(shù)。隨著(zhù)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(jìn)步伐，這就導致煤礦開(kāi)采面臨現實(shí)的發(fā)展難題，從而降低了煤礦巷道掘進(jìn)的工作效率，也拉低了煤礦工業(yè)的經(jīng)濟需求。中國現階段采用的錨桿技術(shù)是綜合掘進(jìn)機械化的普通作業(yè)性質(zhì)，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(jìn)配套技術(shù)自動(dòng)化程度較低，一般掘進(jìn)深度每月平均為300m，最好的情況也是低于800m，掘進(jìn)效率并不能滿(mǎn)足現代煤礦生產(chǎn)需求。一般造成掘進(jìn)效率低的主要原因是快速掘進(jìn)與錨桿支護技術(shù)不能實(shí)現一體化，且支護時(shí)間相對于割煤時(shí)間較長(cháng)，回采工作面的割煤時(shí)間大約占17%~34%，支護時(shí)間高達67%。隨著(zhù)中國不斷引進(jìn)外國先進(jìn)的支護技術(shù)經(jīng)驗，逐漸實(shí)現快速掘進(jìn)與支護一體化，從而有效提高了煤礦月進(jìn)尺度，其中在神東礦區大柳塔礦實(shí)現了連續采煤機與錨桿臺車(chē)的推進(jìn)使用，采掘尺度為月進(jìn)尺1500m，這無(wú)疑是堅定中國新型錨桿支護技術(shù)的支持態(tài)度。由于外國的掘進(jìn)配套模式并不完全滿(mǎn)足中國的煤層開(kāi)采條件，而要實(shí)現月進(jìn)尺高于800m的巷道快速掘進(jìn)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(jìn)配套模式[3-5]。
4結語(yǔ)
錨桿支護技術(shù)應用領(lǐng)域極為廣泛，是中國發(fā)展較為前端、經(jīng)濟前景較為發(fā)達的高新技術(shù)。錨桿支護技術(shù)彌補了傳統支護技術(shù)的不足之處，在安全性質(zhì)、經(jīng)濟效益及運作效率等方面均發(fā)揮了重要作用。面對中國復雜多樣、開(kāi)采強度大及開(kāi)采深度大的煤巷來(lái)說(shuō)，盡管錨桿支護技術(shù)的作用范圍較大，但更需要開(kāi)發(fā)新型的支護技術(shù)，針對不同性質(zhì)的地質(zhì)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(chǎn)效率，取得良好的支護效果，為安全生產(chǎn)提供了保障。
參考文獻：
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