摘要：为了解决煤矿延伸至深部后出现的高地压巷道支护难题，通过对锚索锚固机理、锚固结构及锚固工艺等进行基础性实验研究，提出了以孔壁注浆锚索为核心的煤矿深部高地压巷道锚索支护技术对策，包括:孔壁注浆锚索及其锚固技术;胀壳式端头机械锚固锚索及其安装技术;铰接箱形梁组合锚索支护技术。采用胀壳式端头机械锚索及与其配套的孔壁注浆锚固技术，可实现锚索的全长锚固，提高锚索内锚固的可靠性和锚索的内锚力;采用箱形梁锚索组合结构，可提高锚索支护外锚结构的强度、刚度和整体性，能有效地将巷道围岩表面压力绝大部分转移到围岩深部。从技术上有效解决煤矿深部巷道锚索支护难题。
关键词：煤矿巷道；预应力；锚索支护技术
引言
我国目前以步入重工业化发展阶段，对于能源的需求日益增加，虽然近些年来国家进行能源结构调整，但是由于资源条件的限制，我国以煤矿为主的能源格局短期内不会发生根本性的变化。随着浅部地质条件较好的煤炭资源逐渐枯竭，开采深部条件复杂的煤炭已成为煤矿生产的必然选择。煤矿深部开采面临高地压、高地温、高瓦斯、大构造等复杂地质条件，难支护、安全差的生产技术难题。深部软岩巷道作为深部开采的主要难题之一，采用常规的支护方式，软岩巷道往往前掘后卧、前支后修的状态，软岩巷道的返修率达到80%以上，且存在多次返修，重复支护的现象，巷道的维护成本增加，影响这巷道的高效掘进。当巷道围岩为松散破碎的岩体时，锚杆锚索等传统的主动支护形式的可锚性降低，支护效果达不到设计要求，而砌暄、金属支架等被动支护形式仅依靠自身强度很难支撑深部围岩高地压、高蠕变作用。因此探索深部复杂地质条件下破碎围岩巷道支护技术对我国进一步开发深部地下资源具有战略意义。
1煤矿应用锚索支护的必要性分析
从支护受力状况、承载特性和巷道破坏特征来看，对于巷道的顶和帮而言，顶的受力比帮所受的力具有更大的破坏性和危险性。因此不能忽视顶的支护和加固。锚网支护和架棚支护都属于浅表层支护，采用锚索支护，锚索眼深可以达到10m以上，远远超过锚杆眼的深度，该支护形式充分调动了深部围岩的强度，锚索支护效果理想。利用高强锚索支护能对现有支护体进行结构补偿，控制帮的变形和底鼓，提高支护结构的承载能力，控制围岩过度变形，保证巷道的长期有效使用。能否保证主要的硐室和交岔点及大断面工程的使用寿命，一直是专家们研究的课题。利用国内外先进技术，借鉴其他煤矿的经验，煤矿结合自身实际情况，于2015年购进两套MYT-130S型液压锚索钻机，在井下投入试用。
2锚索支护技术的基本原理
在科学技术日新月异的环境中，锚索支护技术也得以快速发展，并且在实践中发现，借助锚索支护技术不仅可以较好地悬吊活动的岩层，而且可借助锚索对围岩进行科学的支护，与锚杆一起在围岩内构成稳定的预应力结构，有效加固巷道中的围岩，最终确保围岩具有连续性与稳定性。锚索可把巷道中的围岩结构及锚杆产生的预应力合理地连接在一起，明显增强巷道中围岩结构整体的承载能力，并且提高承载结构自身的稳定性。在煤矿巷道施工中，巷道具有怎样的，是设计锚索支护的关键参数，对锚索的受力情况及支护效果发挥着决定性作用。要想更加充分地发挥锚索在支护方面的价值，就需要全面了解锚索的应力场支护概念，以有效掌握锚索的特点。具体来讲，锚索加固过程中会产生预应力，并且预应力通常都呈现出椭圆形分布的压应力形式呈现。锚索尾部的压应力一般较大，而距离尾部越远压应力就逐渐减弱，在顶板中距离锚索尾部的距离为锚索场所的20%时，压应力降低为0.06MPa。通常来讲，锚索自由段中间部分的压应力都不大，而锚固始端的下部的压应力相对较为集中，但是应力集中的程度与范围都较小。因此，只要可为锚索施加足够大的预应力，并合理选择锚索密度参数与长度，就可把支护阻力较好作用于煤矿巷道围岩中，构建出压应力区域，以从分彰显出锚索在支护方面的优势作用。
3锚索锚固结构与锚固技术改进
3.1孔壁注浆锚索
目前我国煤矿大量使用的小孔径树脂锚固预应力锚索存在锚固剂深部无法充分搅拌、锚固长度受巷高限制等问题，从而导致锚固性能与锚固力的不确定性。为了解决现有煤矿锚索锚固技术中存在的问题，国内近年来研制出了中空注浆锚索，虽然在一定程度上克服了现有锚索的上述缺点，但也存在索体破断力低、注浆孔易堵塞、成本高等缺点。孔壁注浆锚索可以避免上述现有技术所存在的缺陷，其杆体仍采用高强度预应力钢绞线，通过合理设置注浆孔对钢绞线与孔壁之间的环状间隔进行注浆，保证注浆通道畅通，以便能够压注较高粘度、较低水灰比的砂浆，浆液析水率低，结石体强度较高，注浆堵塞可能性低，可以提高锚索的锚固强度，并降低锚索制造成本。孔壁注浆锚索由钢绞线与锚索注浆垫板、孔口管、密封圈组成。锚索注浆垫板上钻锚索孔，用以安装钢绞线。同时，锚索注浆垫板上还钻有注浆孔，注浆孔为一直角弯孔，其一端与锚索孔垫板中间的锚索孔相连通，另一端安装注浆管，对锚索孔进行注浆。孔口管与锚索垫板焊接在一起。孔口管上车有沟槽，可以安装密封圈，用以封堵孔壁间隙，阻止注浆液从孔口管与孔壁之间的间隙泄漏。如图一
图 1 孔壁注浆锚索试样
3.2长短锚索支护技术
由软弱围岩叠加拱承载体强度理论可知，短锚索（锚杆）的作用是约束巷道周边破碎的煤岩体，保持围岩结构的完整性，并在围岩内部形成压力拱（次压力拱），以防止衬砌结构挤出破坏；长锚索的作用是将短锚索形成的压力拱进一步加强，并悬吊于深部的稳定岩层之上，形成更大范围的压力拱（主压力拱）。主次压力拱组成的组合拱可充分发挥围岩与锚固体之间的承载能力，将矿山压力的峰值应力向深部稳定岩体转移，以提高围岩的稳定性。
3.3锚索施工
在应用预应力锚索支护技术进行煤矿巷道的施工中，要想充分发挥预应力锚索支护技术的优质作用，就需做好充分的前期勘察及准备工作，并严格依照施工标准完成各个施工环节，针对施工中遇到的问题应及时、有效处理。只有这样才能确保施工活动顺利、安全、高质量进行。在具体操作中，应做好以下几点：①施工人员应全面了解煤矿巷道的各种情况，借助先进的检测技术与检测工具获得各种数据，在此基础上恰当选择最适合的预应力锚索支护方式以有效加固煤矿巷道围岩；②依据煤矿巷道的实际情况，科学设计预应力锚索支护的各种加固参数，主要涵盖有锚索的荷载、锚索的密度、锚索的长度、锚索预应力等，为下一步的施工活动成效的显著优化做好准备；③施工人员应结合预应力锚索支护施工的实际效果，及时分析施工中存在的一些问题，并展开广泛的讨论与深入的分析，以便获得有效的解决措施。
结语
总之，将锚索支护技术应用到煤矿巷道围岩的加固过程中，可使得很多棘手问题迎刃而解，有助于巷道加固施工在复杂环境中顺利开展。因此，为充分发挥预应力锚索支护技术的优势作用，就需要施工人员全面了解其应用原理及应用价值，并严格依照其应用流程科学施工，只有这样才能有效加固煤矿巷道围岩，才能为煤矿企业的生产活动创造更为安全的环境，才能为煤矿企业赢得更大的经济效益。
参考文献：
［1］康红普.煤矿巷道预应力锚索支护技术及应用［J］．煤矿支护，2014(3):10－23.
［2］王余银，徐文强，于荣光，等.锚索及壁后注浆联合加固技术在修复马头门中的应用[J].中州煤炭，2011（4）：59-60；97.
论文作者:王洪兴,乔冲冲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/19
标签：巷道论文; 围岩论文; 锚固论文; 煤矿论文; 预应力论文; 注浆论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第24期论文;