煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)

【關(guān)鍵詞】錨桿支護(hù)；技術(shù)研究 

　　1.巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試 

　　圍巖內(nèi)應(yīng)力、地應(yīng)力是巷道變形和破壞的根本原因，巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試工作是煤巷支護(hù)設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)管理中的一項(xiàng)基本工作；我國已經(jīng)研制開發(fā)了井下巷道圍巖強(qiáng)度測試技術(shù)、巷道圍巖結(jié)構(gòu)測試技術(shù)、水壓致裂法地應(yīng)力測量技術(shù)，并在兗州、潞安、新汶、邢臺(tái)、晉城等礦區(qū)的應(yīng)用中取得顯著成效。 

　　水壓致裂法地應(yīng)力測量原理，是通過在封隔鉆孔段注高壓水而使鉆孔破裂，根據(jù)鉆孔破裂時(shí)的壓力和方向確定主應(yīng)力的大小和方向。水壓致裂法量測應(yīng)力不需要套芯，測試過程簡單，可以快速、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行大面積量測，特別是在量測水平應(yīng)力方面具有明顯優(yōu)勢。針對(duì)煤礦井下巷道特點(diǎn)，目前開發(fā)研制的YY-56型礦用便攜式水壓致裂地應(yīng)力測量儀器，可快速、準(zhǔn)確、大面積地測量煤礦巷道圍巖地應(yīng)力。 

　　2.錨桿支護(hù)設(shè)計(jì) 

　　在多年錨桿支護(hù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)煤巷特點(diǎn)并借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，我國成功開發(fā)了錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法。該設(shè)計(jì)方法包括試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、初始設(shè)計(jì)、井下監(jiān)測、信息反饋和修正設(shè)計(jì)、變形和安全監(jiān)測等技術(shù)內(nèi)容。其中，試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查評(píng)估包括圍巖強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力和錨固性能測試等內(nèi)容。錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)采用有限差分軟件FLAC、離散單元法軟件UDEC等進(jìn)行。為使錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)具有較高的科學(xué)性和可靠性，在大量示范巷道數(shù)值計(jì)算、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上又開發(fā)出專用設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。計(jì)算結(jié)果用經(jīng)驗(yàn)法比較修改后，在井下巷道進(jìn)一步實(shí)施試驗(yàn)驗(yàn)證。 

　　3.錨桿支護(hù)材料 

　　錨桿支護(hù)材料的力學(xué)特性顯著控制著錨桿支護(hù)效果關(guān)系著巷道支護(hù)成本和礦井的經(jīng)濟(jì)效益。 

　　3.1高強(qiáng)度錨桿支護(hù)材料 

　　經(jīng)過近年的研究和試驗(yàn)，人們逐步認(rèn)識(shí)到高強(qiáng)度錨桿支護(hù)材料的重要性。目前我國已經(jīng)能夠軋制無縱筋左旋螺紋鋼錨桿，并采用優(yōu)質(zhì)鋼材或經(jīng)中頻調(diào)質(zhì)而達(dá)到高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度級(jí)別。直徑為22mm的超高強(qiáng)度錨桿桿體的極限載荷高達(dá)340kN，比以前采用的普通桿體強(qiáng)度可提高2-3倍。 

　　樹脂錨固劑為高分子材料。由于其黏結(jié)強(qiáng)度大、固化時(shí)間快、安全可靠性高，已廣泛應(yīng)用于煤巷錨桿支護(hù)。我國在樹脂錨固劑配方改進(jìn)和生產(chǎn)技術(shù)方面做了大量工作，現(xiàn)已形成系列產(chǎn)品，主要性能指標(biāo)均達(dá)國外先進(jìn)國家的技術(shù)要求。在生產(chǎn)技術(shù)方面，開發(fā)出小型樹脂錨固劑成套技術(shù)。 

　　3.2 W型鋼帶及其軋制技術(shù) 

　　鋼帶是煤巷錨桿支護(hù)中的重要構(gòu)件。它可將單根錨桿聯(lián)結(jié)起來組成一個(gè)整體承載結(jié)構(gòu)，顯著提高錨桿支護(hù)的整體效果。W型鋼帶是利用帶鋼經(jīng)多組軋輥連續(xù)進(jìn)行冷彎、滾壓成型的型鋼產(chǎn)品；由于鋼帶在冷彎成型過程中的硬化效應(yīng)，可明顯提高型鋼強(qiáng)度，與沖壓及熱軋型鋼相比可節(jié)約鋼材10%～30%。 

　　3.3特種錨桿 

　　對(duì)于軟弱破碎、高地應(yīng)力、大斷面巷道和硐室等工程，其共同特點(diǎn)是圍巖自穩(wěn)時(shí)間短、破碎范圍大、變形強(qiáng)烈。僅采用常規(guī)的錨桿支護(hù)很難達(dá)到有效的支護(hù)效果，而且支護(hù)和維修費(fèi)用高、工程量大，有的甚至影響礦井正常生產(chǎn)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，開發(fā)研制了多種特種錨桿，對(duì)解決破碎頂板條件下的煤巷錨桿支護(hù)難題提供了有效途徑。 

　　①注漿錨桿――錨桿用鋼管制成，既可起到錨固作用又可作為注漿管進(jìn)行注漿。它將錨固和注漿結(jié)合在一起，用于軟弱破碎巖層支護(hù)。 

　　②自鉆錨桿――這種錨桿集鉆頭、鉆桿和錨桿作用為一體，一般多用于無法成孔的極軟巖層支護(hù)。 

　�、劢娱L錨桿――兩根或兩根以上的高強(qiáng)錨桿用特制連接套連接，可成倍增加錨桿長度，適用于需要深錨固的巖層。 

　　此外，還開發(fā)了玻璃鋼錨桿、可回收錨桿等新型錨桿，對(duì)于巷道兩幫特別是回采工作面一側(cè)的巷幫支護(hù)具有明顯優(yōu)越性。 

　　3.4系列錨索 

　　針對(duì)回采巷道特點(diǎn)開發(fā)研制的小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索，可以作為復(fù)合破碎頂板、煤層頂板等困難條件下錨桿支護(hù)的補(bǔ)強(qiáng)加固措施。這種錨索的最大特點(diǎn)是采用小直徑鉆孔和樹脂錨固劑錨固，可以像安裝普通樹脂錨桿那樣直接攪拌樹脂錨固劑對(duì)錨索錨固端進(jìn)行加長錨固，適用于28mm鉆孔，錨索最大錨固長度可達(dá)15m。與傳統(tǒng)錨索技術(shù)相比，省去了比較復(fù)雜的注漿工藝、設(shè)備和材料，而且用錨索直接攪拌樹脂錨固劑，樹脂錨固劑固化速度快，錨索可及時(shí)主動(dòng)承載，從而使大跨度、復(fù)合破碎頂板煤巷錨桿支護(hù)成為可能，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果十分明顯。 

　　4.錨桿支護(hù)施工機(jī)具 

　　在錨桿支護(hù)技術(shù)中，施工機(jī)具起著非常重要的作用，它直接影響錨桿施工質(zhì)量和施工速度。目前，單體錨桿鉆機(jī)是我國煤礦的主要施工機(jī)具，按鉆機(jī)工作原理可分為旋轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖擊旋轉(zhuǎn)式幾種；按錨桿鉆機(jī)所用動(dòng)力可分為液壓、電動(dòng)和風(fēng)動(dòng)式幾種。在煤巷中應(yīng)用比較廣泛的是旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)。 

　　①液壓式錨桿鉆機(jī)――我國在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制了MYT系列、MZ系列、QYM系列等多種液壓錨桿鉆機(jī)。液壓錨桿鉆機(jī)具有動(dòng)力源集中、施工地點(diǎn)隨意性大等特點(diǎn)，但國產(chǎn)鉆機(jī)在質(zhì)量和可靠性上尚需進(jìn)一步完善和提高。國產(chǎn)常用液壓頂板錨桿鉆機(jī)的主要技術(shù)性能。 

　�、陲L(fēng)動(dòng)式錨桿鉆機(jī)――我國已經(jīng)研制開發(fā)了MQT系列型號(hào)風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)。這類鉆機(jī)除氣馬達(dá)不同外（分別使用齒輪氣馬達(dá)、葉片氣馬達(dá)、柱塞氣馬達(dá)），其他結(jié)構(gòu)和外形基本相似。風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力單一、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、質(zhì)量輕、便于移動(dòng)，其缺點(diǎn)是效率低、需要壓風(fēng)管路等。國內(nèi)常用的氣動(dòng)回轉(zhuǎn)頂板錨桿和錨索鉆機(jī)的主要性能參數(shù)。 

　�、垭妱�(dòng)式錨桿鉆機(jī)――電動(dòng)式錨桿鉆機(jī)以電為動(dòng)力，不要二次能量轉(zhuǎn)換、設(shè)備效率高是該種錨桿鉆機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。但是，目前的電動(dòng)錨桿鉆機(jī)體積和質(zhì)量較大，不便于人工移設(shè)，使用量呈下降趨勢。 

　　從目前現(xiàn)場使用情況分析，風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)使用量大、應(yīng)用范圍廣。經(jīng)過近年來的提高和完善，可靠性和使用壽命都有所提高，基本能夠滿足鉆孔和安裝錨桿要求。此外，為滿足生產(chǎn)要求還開發(fā)了風(fēng)動(dòng)幫錨桿鉆機(jī)代替煤電鉆，以提高幫錨桿的安裝質(zhì)量和速度；開發(fā)研制了大功率、大扭矩風(fēng)動(dòng)錨索鉆機(jī)，如MQT85J型錨索鉆機(jī)，基本可滿足鉆裝錨索要求。 

　　5.錨桿支護(hù)監(jiān)測儀器和技術(shù) 

　　礦壓監(jiān)測是錨桿支護(hù)成套技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。錨桿支護(hù)實(shí)施于井下后，應(yīng)對(duì)圍巖變形狀況、錨桿（索）受力分布和大小進(jìn)行全方位監(jiān)測，以獲得支護(hù)體和圍巖的位移和應(yīng)力信息，從而判斷錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)的合理性和可靠性、巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全性，進(jìn)而根據(jù)監(jiān)測信息修改初始設(shè)計(jì)，使其逐步趨于合理。井下監(jiān)測一般分為綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測兩種，前者用于驗(yàn)證和修改初始設(shè)計(jì)，后者用于保證巷道安全狀況。綜合監(jiān)測內(nèi)容包括巷道表面位移，頂板離層、錨桿（索）受力等。日常監(jiān)測主要包括頂板離層、錨桿錨固力和預(yù)緊力檢測。 

　　近年來，針對(duì)煤巷錨桿支護(hù)特點(diǎn)開發(fā)了多種性能優(yōu)越的濺試儀器，如MJY-300/89型錨桿拉拔計(jì)、LBY-3型頂板離層指示儀、CM-200型測力錨桿以及DW-6型遙測多點(diǎn)位移計(jì)。這些儀器已廣泛應(yīng)用于井下巷道，獲得了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，在判斷支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性和巷道的安全性方面發(fā)揮了重要作用。