【正文】 利亞錨桿支護技術，在邢臺礦務局進行了現(xiàn)場演示，并完成了與錨桿支護技術相關的 15個項目，使我國的煤巷錨桿支護技術有了較大的提高。 1 錨桿支護技術的發(fā)展 我國煤礦錨桿支護技術的發(fā)展 （ 4） “ 九五 ” 期間， 原煤炭工業(yè)部將 “ 錨桿支護 ” 列為煤炭工業(yè)科技發(fā)展的 五個重點項目之一 ，展開了更深入、細致的試驗研究。 基本上解決了一般條件下的巷道支護問題 。 （ 2） 1960’S錨桿支護 進入采區(qū) ，主要是采區(qū)上下山，但由于采區(qū)巷道圍巖松軟，受采動影響后圍巖變形量大，對支護要求很高，加之錨桿支護理論、設計方法、錨桿材料、施工機具、監(jiān)測手段等還不夠完善，因而事故頻發(fā)，發(fā)展緩慢。 （ 7）采用科學、嚴格的管理，除了制訂有錨桿支護材料標準、錨桿支護技術規(guī)范外，很多礦還配備有專門的錨桿支護工程師，對錨桿支護的設計、材料、施工等進行專門的檢查與監(jiān)測，促進了錨桿支護技術的安全與健康發(fā)展。 1 錨桿支護技術的發(fā)展 國外錨桿支護技術發(fā)展的主要特點 （ 6）錨桿支護監(jiān)測儀器與技術保證了巷道安全。 澳大利亞、美國大量采用掘錨聯(lián)合機組，實現(xiàn)了掘進與錨桿支護一體化，大幅度提高了巷道掘進速度與工效。 在提高錨桿強度的條件下，降低支護密度，有利于快速掘進。錨桿桿體的拉斷載荷一般在 200kN以上，有的甚至超過 300kN。 1 錨桿支護技術的發(fā)展 國外錨桿支護技術發(fā)展的主要特點 （ 4）錨桿向高強度、高可靠性方向發(fā)展。美國使用的錨桿種類比較多，包括樹脂錨固錨桿、漲殼式錨桿及混合錨固錨桿。 （ 3）根據(jù)本國巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，采用適宜的錨桿形式。 如澳大利亞、英國等采用“地質(zhì)力學評估 —初始支護設計 —井下施工與監(jiān)測 —信息反饋與修改設計 —日常監(jiān)測”的設計方法。這是錨桿支護成功的必要前提。 （現(xiàn)在的錨固技術） 1 錨桿支護技術的發(fā)展 國外錨桿支護技術發(fā)展的主要特點 （ 1）十分重視巷道圍巖地質(zhì)力學參數(shù)的測試，對支護對象有比較清楚地了解。 （ 5） 20世紀 90年代以來，高強度樹脂錨固錨桿以其優(yōu)越的錨固效果和簡便的施工工藝，逐步取代了其他類型的錨桿，成為錨桿支護的主導型式。 但是管縫式錨桿、脹管式錨桿在井下容易銹蝕，錨固力受鋼材質(zhì)量、圍巖性質(zhì)、鉆孔直徑等因素影響較大，施工工藝比較復雜，錨固質(zhì)量難以保證，只能在適宜的條件下使用。這種錨桿錨固力大、可靠性高、適應性強，極大地促進了錨桿支護技術的發(fā)展與廣泛應用。之后樹脂錨桿在世界主要采煤國家逐步得到應用和發(fā)展。 1 錨桿支護技術的發(fā)展 國外錨桿支護技術的發(fā)展 （ 2） 1960年 ~1970年，樹脂錨桿研制成功，并得到推廣應用。由于這些弊端，導致了英國、法國等國家在使用錨桿支護過程中出現(xiàn)過反復。 從錨桿支護形式的發(fā)展過程分，可分為以下幾個階段： （ 1） 1950年 ~1960年，錨桿型式主要是機械端部錨固錨桿，分楔縫式、倒楔式、漲殼式等。而地下工程中大量采用錨桿支護是在 20世紀 40年代末期。 1 錨桿支護技術的發(fā)展 國外錨桿支護技術的發(fā)展 ? 100多年前，國外一些礦山就開始應用錨桿支護。復雜地質(zhì)條件巷道圍巖穩(wěn)定性差、圍巖變形和破壞嚴重，巷道維護十分困難。 北 起黑龍江、內(nèi)蒙古， 南 到廣東、廣西， 東 起山東、浙江， 西 到新疆、青海等廣大遼闊的幅員內(nèi)有復雜地質(zhì)條件的礦井遍布全國各主要產(chǎn)煤省區(qū)，近半數(shù)的礦區(qū)存在地質(zhì)條件復雜的礦井。深部開采將帶來一系列高地應力巷道支護難題，如沖擊礦壓、圍巖大變形、強烈底鼓等淺部巷道沒有的支護問題。煤炭開采技術的進步促進了高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，進一步加速了礦井深度的增加。 （ 6）巷道埋深從淺部向深部發(fā)展 ? 我國煤礦開采深度以 8~12m/a的速度增加。特別是高瓦斯礦井，往往單巷布置不能滿足生產(chǎn)要求，出現(xiàn)了一個工作面布置3~5條，甚至更多巷道的多巷布置方式。巷道斷面積的增大，顯著增加了支護難度。 1 錨桿支護技術的發(fā)展 我國煤礦巷道布置及圍巖條件的變化趨勢 ——迫切要求發(fā)展錨桿支護 （ 4）巷道從小斷面向大斷面發(fā)展 ? 隨著回采工作面設備的大型化，開采強度與產(chǎn)量的大幅度提高，為了保證正常的運輸、通風及行人，要求的巷道斷面越來越大。而矩形巷道，除巷道受力狀況比拱形巷道差外，拱形巷道的缺陷基本都被克服。 （ 3）巷道從拱形斷面向矩形斷面發(fā)展 ? 拱形斷面雖然能夠改善巷道受力狀態(tài)，有利于巷道支護，但拱形巷道施工工藝比較復雜，成巷速度低，有時還需要破壞頂板，出現(xiàn)矸石。一般情況下，煤相對于巖石比較松軟、破碎，顯然增加了巷道支護難度。 （ 2）巖石頂板煤巷向煤層頂板巷道和全煤巷道發(fā)展 ? 綜采放頂煤工作面要求回采巷道沿煤層底板掘進，或沿厚煤層的穩(wěn)定層布置，巷道頂板是煤。隨著巷道支護技術的發(fā)展與支護水平的提高，巖巷布置已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槊合锊贾谩? （ 7）降低支護成本，特別是減少初期投資 ? 采用錨桿支護，可以大量地節(jié)約鋼材、木材等材料，降低支護成本。 為采煤工作面的快速推進、產(chǎn)量與效益的提高創(chuàng)造良好條件。 （ 3）減少巷道維修量，特別是在困難與復雜條件下 ? 錨桿支護能及時加固圍巖，減少圍巖變形，防止頂板早期離層和片幫。 1 錨桿支護技術的發(fā)展 錨桿支護的優(yōu)越性 （ 2）變 “ 被動支護 ” 為 “ 主動支護 ” ? 棚式支護等待圍巖變形、破碎后支撐，承載。 ? 由于預緊力的作用，形成壓縮巖梁或壓縮拱，阻止了巖體的離層作用，增大了巖層間的摩擦力，與錨桿本身的抗剪作用一起，阻止巖層間產(chǎn)生相對滑動，提高了巖層的承載能力。 （ 1）可顯著提高巷道支護效果 ? 對不穩(wěn)定巖層起著懸吊作用。國內(nèi)外的實踐證明，錨桿支護是經(jīng)濟、有效的支護形式。確保巷道的安全、快速掘進，確保巷道使用期間的暢通、與圍巖穩(wěn)定，確保巷道的支護與維護成本較低等，是建設安全高效礦井的一項重要工作，具有重要意義。煤礦巷道 錨桿支護理論 與技術及安全問題 太原理工大學采礦工藝研究所 202077 主要內(nèi)容 1 錨桿支護技術的發(fā)展 2 錨桿支護的基本理論 3 錨桿支護構(gòu)件的作用 4 錨桿支護設計方法 5 錨桿與錨索施工工藝 6 影響錨桿支護效果的關鍵因素分析 7 錨桿支護巷道冒頂成因及其對策 8 我國煤礦錨桿支護技術的進一步發(fā)展（展望） 9 野川煤業(yè) 井巷錨桿支護設計、施工與監(jiān)測 1 錨桿支護技術的發(fā)展 巷道支護的重要性 ? 巷道支護是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證。我國煤礦以井工開采為主，需要在井下開掘大量巷道，而且 80%以上是煤巷、半煤巖巷，或為松軟破碎圍巖巷，或為遇水軟化膨脹圍巖巷。 巷道支護技術的發(fā)展 ? 煤礦巷道支護經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。 錨桿支護的優(yōu)越性 與棚式支架相比，錨桿支護具有顯著的優(yōu)越性。 ? 錨桿與巖體粘結(jié)在一起，提高了巖體的整體性。 ? 改變了巷道表面巖體的受力狀態(tài)，由二向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向受力狀態(tài)，提高了巖體的承載力。 ? 錨桿支護利用錨固劑、桿體、托板及各種構(gòu)件或噴層，通過預緊力和錨桿桿體的剛度，給圍巖一定的支護強度，與圍巖共同組成支護體系，并且隨圍巖變形，支護力不斷增加。 （ 4）簡化回采工作面端頭支護和超前支護。 （ 5）提高掘進速度 （ 6）消除安全隱患 ? 棚架與頂煤之間出現(xiàn)空隙，易造成煤自燃； ? 大斷面開切眼中安裝、回撤棚架和工作面上下順槽回撤支架時，易發(fā)生大面積冒落或傷亡事故。 （ 8）減少工人的勞動強度 （ 9）減少輔助運輸量 1 錨桿支護技術的發(fā)展 我國煤礦巷道布置及圍巖條件的變化趨勢 —— 迫切要求發(fā)展錨桿支護 隨著開采深度、開采強度與開采范圍的增加，巷道布置及圍巖出現(xiàn)了以下變化趨勢： （ 1）巖巷向煤巷發(fā)展 ? 傳統(tǒng)的巷道布置方式將開拓巷道和準備巷道布置在巖石中，雖然有利于巷道維護，但帶來一系列問題： 巷道掘進成本高，施工速度慢，增加了許多聯(lián)絡巷 ；掘進出現(xiàn)大量矸石，給礦井輔助運輸和地面環(huán)境造成極大壓力。特別是現(xiàn)代化礦井，巖巷占的比例已經(jīng)很少，幾乎沒有。隨著綜放開采技術的大面積推廣，煤頂巷道所占的比重逐年增加。此外對于特厚煤層開采和急傾斜煤層水平分層開采等條件，不僅巷道頂板與兩幫為煤層，有時底板也是煤層，屬全煤巷道，支護難度進一步加大。對于回采巷道，拱形斷面給回采工作面端頭支護造成很大困難，阻礙工作面的正常推進。另外，在層狀破碎頂板條件下，巷道兩拱部的巖石不僅不能起到承載作用，還會成為支護的荷載。煤層大巷的跨度已經(jīng)超過 6m，斷面超過 25m2；回采巷道寬度也達 5~6m，斷面達 15~20m2；開切眼跨度超 10m，斷面超過 40m2；井底換裝硐室的寬與高均已達到 10m，斷面積為100m2。 （ 5）由單巷布置向多巷發(fā)展 ? 回采工作面開采強度和產(chǎn)量越來越大，要求的運輸、通風斷面逐年增加。多巷布置帶來了煤柱留設、巷道受到二次甚至多次采動影響，增加了巷道維護的難度。新汶、淄博、開灤、徐州等礦區(qū)的開采深度已超過 1000m，出現(xiàn)了一批千米深井。預計在未來 20年我國很多煤礦將進入 1000m~1500m的開采深度。 1 錨桿支護技術的發(fā)展 我國煤礦巷道布置及圍巖條件的變化趨勢 ——迫切要求發(fā)展錨桿支護 （ 7）簡單地質(zhì)條件向復雜地質(zhì)條件發(fā)展 ?我國煤礦煤系地層中具有復雜地質(zhì)條件的礦井分布十分廣泛。隨著我國 新生代第三紀煤田的開采及老礦井采深的增加 ，復雜地質(zhì)條件煤礦的數(shù)量和分布范圍將會繼續(xù)增加和擴大。有的復雜地質(zhì)條件礦井，每米巷道的支護費用已高達 1~2萬元，并多次返修，嚴重影響了煤礦的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的提高。英國在 1872年就采用過金屬錨桿，美國 1900年使用過木錨桿。此后，錨桿支護在煤礦、非煤礦山、隧道及其他巖土工程中得到迅速發(fā)展，成為一種極具發(fā)展前景的支護方式。這類錨桿錨固力低，在不同巖層中的錨固力變化大，支護剛度小，可靠性差，不宜在松軟破碎的巖層中使用。如英國煤礦在 1957年使用了約 50萬根錨桿，法國煤礦用量也較大，但到 20世紀 60年代初，錨桿用量大幅度降低。 1958年德國開始研制樹脂錨桿，經(jīng)過一年多的實驗室試驗，埃森采礦研究中心制作了第一批藥卷式樹脂錨固劑，于 1959年在煤礦井下進行試驗， 1961年取得成功。初期樹脂錨桿為端部樹脂錨固，錨桿孔徑較大（ 38~45mm），以后發(fā)展到小孔徑（ 22~30mm）全長錨固樹脂錨桿。 （ 3） 1970~1980年，管縫式錨桿、脹管式錨桿等全長錨固錨桿研制成功，并在井下得到應用。 （ 4） 1980~1990年，錨桿支護形式更加多樣化，出現(xiàn)了混合錨固錨桿、鋼帶式組合錨桿、桁架錨桿、可拉伸錨桿、錨注錨桿等特種錨桿，錨索加固技術也得到了應用，樹脂錨桿材料得到了進一步改進與提高。錨索加固技術也得到了大面積的推廣應用。 如美國、澳大利亞、英國等在錨桿支護設計前，要進行全面、詳細的地應力、圍巖強度和圍巖結(jié)構(gòu)面力學特征的測量，分析巷道應力場分布特征，巷道圍巖變形破壞的主要影響因素。 （ 2）根據(jù)煤礦巷道特點，采用比較合理的錨桿支護設計方法。這種方法符合煤礦巷道地質(zhì)條件復雜性與多變性的特點，因此得到國際上的普遍認可和采用。 如澳大利亞、英國主要采用樹脂全長錨固螺紋鋼錨桿。德國除使用樹脂錨固錨桿外，還研制了可拉伸錨桿，使錨桿既具有足夠的支護阻力，又有一定的延伸性，適應圍巖變形強烈的條件。一方面， 研制具有一定延伸率的高強度錨桿材料，如澳大利亞錨桿桿體材料的屈服強度在 400~600MPa，有的甚至大于 600MPa；英國錨桿材料的屈服強度為 640~720MPa；美國錨桿材料的屈服強度為 414~689MPa； 另一方面 加大錨桿直徑，國外多數(shù)使用 υ20~22mm的錨桿，有的達到 υ24mm。英國還研制出拉斷載荷 500kN的大錨桿。 （ 5）先進的錨桿施工機具不僅保證了支護質(zhì)量，而且提高了成巷速度，促進了錨桿支護技術的發(fā)展。同時，單體錨桿鉆機、鉆頭鉆桿及快速安裝系統(tǒng)也有較快發(fā)展，基本滿足了錨桿支護施工的要求。開發(fā)出頂板離層指示儀、聲波多點位移計、測力錨桿等監(jiān)測錨桿支護巷道圍巖變形、離層、支護體受力的儀器，及時、準確地監(jiān)測圍巖穩(wěn)定性與支護狀況，確保巷道的安全。 我國煤礦錨桿支護技術的發(fā)展 （ 1） 1956年在煤礦 穩(wěn)定的巖層巷道 中使用錨桿支護。 （ 3） “ 八五 ” 期間 （ 1991~1995）， 原煤炭工業(yè)部把煤巷錨桿支護技術作為重點項目進行攻關，取得了一大批水平較高的科研成果，并應用于新汶、鐵法、兗州、峰峰、淮南等多個礦區(qū)。但對于困難條件，如復合頂板、破碎頂板、煤層頂板巷道，以及沿空掘巷、沿空留巷等，錨桿支護的可行性和適用性還沒有得到深入細致的研究。經(jīng)過教學、科研和生產(chǎn)單位的聯(lián)合攻關，煤巷錨桿支護技術有了很大提高，取得了很多寶貴經(jīng)驗，主要有：單體錨桿支護，錨梁網(wǎng)組合支護，桁架錨桿支護，軟巖巷道錨桿支護，深井巷道錨桿支護，沿空巷道錨桿支護，可伸長錨桿，電動、風動和液壓錨桿鉆機，錨桿支護檢測與監(jiān)測儀器等。 ?同時，