煤巷锚杆支护成套技术

【关键词】锚杆支护；技术研究 

　　1.巷道围岩地质力学测试 

　　围岩内应力、地应力是巷道变形和破坏的根本原因，巷道围岩地质力学测试工作是煤巷支护设计、施工和维护管理中的一项基本工作；我国已经研制开发了井下巷道围岩强度测试技术、巷道围岩结构测试技术、水压致裂法地应力测量技术，并在兖州、潞安、新汶、邢台、晋城等矿区的应用中取得显著成效。 

　　水压致裂法地应力测量原理，是通过在封隔钻孔段注高压水而使钻孔破裂，根据钻孔破裂时的压力和方向确定主应力的大小和方向。水压致裂法量测应力不需要套芯，测试过程简单，可以快速、经济地进行大面积量测，特别是在量测水平应力方面具有明显优势。针对煤矿井下巷道特点，目前开发研制的YY-56型矿用便携式水压致裂地应力测量仪器，可快速、准确、大面积地测量煤矿巷道围岩地应力。 

　　2.锚杆支护设计 

　　在多年锚杆支护实践经验基础上，根据煤巷特点并借鉴国外先进技术，我国成功开发了锚杆支护动态信息设计法。该设计方法包括试验点调查和地质力学评估、初始设计、井下监测、信息反馈和修正设计、变形和安全监测等技术内容。其中，试验点调查评估包括围岩强度、围岩结构、地应力和锚固性能测试等内容。锚杆支护初始设计采用有限差分软件FLAC、离散单元法软件UDEC等进行。为使锚杆支护设计具有较高的科学性和可靠性，在大量示范巷道数值计算、设计的基础上又开发出专用设计软件系统。计算结果用经验法比较修改后，在井下巷道进一步实施试验验证。 

　　3.锚杆支护材料 

　　锚杆支护材料的力学特性显著控制着锚杆支护效果关系着巷道支护成本和矿井的经济效益。 

　　3.1高强度锚杆支护材料 

　　经过近年的研究和试验，人们逐步认识到高强度锚杆支护材料的重要性。目前我国已经能够轧制无纵筋左旋螺纹钢锚杆，并采用优质钢材或经中频调质而达到高强度和超高强度级别。直径为22mm的超高强度锚杆杆体的极限载荷高达340kN，比以前采用的普通杆体强度可提高2-3倍。 

　　树脂锚固剂为高分子材料。由于其黏结强度大、固化时间快、安全可靠性高，已广泛应用于煤巷锚杆支护。我国在树脂锚固剂配方改进和生产技术方面做了大量工作，现已形成系列产品，主要性能指标均达国外先进国家的技术要求。在生产技术方面，开发出小型树脂锚固剂成套技术。 

　　3.2 W型钢带及其轧制技术 

　　钢带是煤巷锚杆支护中的重要构件。它可将单根锚杆联结起来组成一个整体承载结构，显著提高锚杆支护的整体效果。W型钢带是利用带钢经多组轧辊连续进行冷弯、滚压成型的型钢产品；由于钢带在冷弯成型过程中的硬化效应，可明显提高型钢强度，与冲压及热轧型钢相比可节约钢材10%～30%。 

　　3.3特种锚杆 

　　对于软弱破碎、高地应力、大断面巷道和硐室等工程，其共同特点是围岩自稳时间短、破碎范围大、变形强烈。仅采用常规的锚杆支护很难达到有效的支护效果，而且支护和维修费用高、工程量大，有的甚至影响矿井正常生产。针对这一现状，开发研制了多种特种锚杆，对解决破碎顶板条件下的煤巷锚杆支护难题提供了有效途径。 

　　①注浆锚杆――锚杆用钢管制成，既可起到锚固作用又可作为注浆管进行注浆。它将锚固和注浆结合在一起，用于软弱破碎岩层支护。 

　　②自钻锚杆――这种锚杆集钻头、钻杆和锚杆作用为一体，一般多用于无法成孔的极软岩层支护。 

　　③接长锚杆――两根或两根以上的高强锚杆用特制连接套连接，可成倍增加锚杆长度，适用于需要深锚固的岩层。 

　　此外，还开发了玻璃钢锚杆、可回收锚杆等新型锚杆，对于巷道两帮特别是回采工作面一侧的巷帮支护具有明显优越性。 

　　3.4系列锚索 

　　针对回采巷道特点开发研制的小孔径树脂锚固预应力锚索，可以作为复合破碎顶板、煤层顶板等困难条件下锚杆支护的补强加固措施。这种锚索的最大特点是采用小直径钻孔和树脂锚固剂锚固，可以像安装普通树脂锚杆那样直接搅拌树脂锚固剂对锚索锚固端进行加长锚固，适用于28mm钻孔，锚索最大锚固长度可达15m。与传统锚索技术相比，省去了比较复杂的注浆工艺、设备和材料，而且用锚索直接搅拌树脂锚固剂，树脂锚固剂固化速度快，锚索可及时主动承载，从而使大跨度、复合破碎顶板煤巷锚杆支护成为可能，技术经济效果十分明显。 

　　4.锚杆支护施工机具 

　　在锚杆支护技术中，施工机具起着非常重要的作用，它直接影响锚杆施工质量和施工速度。目前，单体锚杆钻机是我国煤矿的主要施工机具，按钻机工作原理可分为旋转式、冲击式和冲击旋转式几种；按锚杆钻机所用动力可分为液压、电动和风动式几种。在煤巷中应用比较广泛的是旋转式锚杆钻机。 

　　①液压式锚杆钻机――我国在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，开发研制了MYT系列、MZ系列、QYM系列等多种液压锚杆钻机。液压锚杆钻机具有动力源集中、施工地点随意性大等特点，但国产钻机在质量和可靠性上尚需进一步完善和提高。国产常用液压顶板锚杆钻机的主要技术性能。 

　　②风动式锚杆钻机――我国已经研制开发了MQT系列型号风动锚杆钻机。这类钻机除气马达不同外（分别使用齿轮气马达、叶片气马达、柱塞气马达），其他结构和外形基本相似。风动锚杆钻机的主要优点是动力单一、结构简单、操作方便、质量轻、便于移动，其缺点是效率低、需要压风管路等。国内常用的气动回转顶板锚杆和锚索钻机的主要性能参数。 

　　③电动式锚杆钻机――电动式锚杆钻机以电为动力，不要二次能量转换、设备效率高是该种锚杆钻机的最大优点。但是，目前的电动锚杆钻机体积和质量较大，不便于人工移设，使用量呈下降趋势。 

　　从目前现场使用情况分析，风动锚杆钻机使用量大、应用范围广。经过近年来的提高和完善，可靠性和使用寿命都有所提高，基本能够满足钻孔和安装锚杆要求。此外，为满足生产要求还开发了风动帮锚杆钻机代替煤电钻，以提高帮锚杆的安装质量和速度；开发研制了大功率、大扭矩风动锚索钻机，如MQT85J型锚索钻机，基本可满足钻装锚索要求。 

　　5.锚杆支护监测仪器和技术 

　　矿压监测是锚杆支护成套技术的一项重要内容。锚杆支护实施于井下后，应对围岩变形状况、锚杆（索）受力分布和大小进行全方位监测，以获得支护体和围岩的位移和应力信息，从而判断锚杆支护初始设计的合理性和可靠性、巷道围岩的稳定程度和安全性，进而根据监测信息修改初始设计，使其逐步趋于合理。井下监测一般分为综合监测和日常监测两种，前者用于验证和修改初始设计，后者用于保证巷道安全状况。综合监测内容包括巷道表面位移，顶板离层、锚杆（索）受力等。日常监测主要包括顶板离层、锚杆锚固力和预紧力检测。 

　　近年来，针对煤巷锚杆支护特点开发了多种性能优越的溅试仪器，如MJY-300/89型锚杆拉拔计、LBY-3型顶板离层指示仪、CM-200型测力锚杆以及DW-6型遥测多点位移计。这些仪器已广泛应用于井下巷道，获得了大量监测数据，在判断支护设计的合理性和巷道的安全性方面发挥了重要作用。