淺談錨桿支護在深部礦井回風(fēng)平巷支護中的應(yīng)用

　　我國是煤炭資源大國，煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，絕大多數(shù)礦井采用井工開采。巷道作為服務(wù)于地下煤礦開采的生命線，保持其暢通、穩(wěn)定的狀態(tài)，對改善礦井的生產(chǎn)作業(yè)條件和提高煤炭產(chǎn)能以及防止巷道頂板冒落事故，保證礦井高產(chǎn)高效的安全生產(chǎn)具有重要意義。
　　錨桿支護作為世界各國礦井巷道的一種主要支護形式，在提高巷道支護效果和維護礦井安全上具有顯著效果，同時還可以節(jié)約大量的支護和維修費用。錨桿支護在礦井建設(shè)效能上減輕了礦工的勞動強度，在改善井下開采環(huán)境同時提高了產(chǎn)能，為建設(shè)高產(chǎn)高效礦井創(chuàng)造了條件。
　　 1.深部礦井回風(fēng)平巷圍巖的變形規(guī)律
　　隨著能源需求和開采強度的不斷加大，淺部煤炭資源越來越少，一大批礦區(qū)不得不轉(zhuǎn)入深部開采[1，2]。深部復(fù)雜的地質(zhì)條件和力學(xué)環(huán)境， 致使煤層出現(xiàn)了高地壓、大變形、難支護現(xiàn)象，如何控制巷道圍巖穩(wěn)定性已成為困擾煤礦安全生產(chǎn)建設(shè)的重要難題。我國大部分深部礦井的巷道圍巖中，煤體微裂隙發(fā)育良好、連通性好、裂縫寬，并存在大量孔隙裂隙，這些孔隙裂隙在深部高應(yīng)力條件和水的作用下會很容易擴展、連通，致使巷道發(fā)生較大范圍的變形、甚至破壞。而未受采動的圍巖體，在回風(fēng)平巷開掘前通常處于彈性變形狀態(tài)，巖體的原始鉛直應(yīng)力等于上覆巖層重量，當(dāng)回風(fēng)平巷在煤層中掘進，巷道開挖的初期階段，由于原巖應(yīng)力重新分布，掘巷產(chǎn)生的應(yīng)力集中將引起巷道兩幫變形，在巷道頂部冒漏頂現(xiàn)象嚴重，破碎區(qū)段巷道變形更為嚴重。
　　深部礦井回風(fēng)平巷圍巖變形量主要由掘進，回采引起的變形以及采掘影響趨于穩(wěn)定后的圍巖流變組成。當(dāng)巷道處于掘進中，必然發(fā)生的圍巖變形量大小取決于圍巖的原始應(yīng)力，巖性，巷道支護形式，支護強度和巷道尺寸。當(dāng)巷道掘進趨于穩(wěn)定時，圍巖因流變性也將發(fā)生較小變形?；夭晒ぷ髅婧笠虺耙苿又С袎毫?，巷道圍巖應(yīng)力再次重新分布，塑性變形區(qū)擴大同時圍巖變形量也急劇增大，直至趨于穩(wěn)定中巷道圍巖變形速度將逐漸衰減。
　　 2.錨桿支護理論
　　錨桿支護是利用錨固在巖體內(nèi)維護圍巖穩(wěn)定的桿體，改變圍巖自身力學(xué)環(huán)境，把破碎的巖石限制在深部巖體上，提高圍巖強度，從而形成穩(wěn)固的錨桿支護系統(tǒng)，達到控制圍巖整體失穩(wěn)的目的。錨桿支護不但可以改善圍巖受力狀態(tài)，提高巖體的承載能力，而且節(jié)約了大量的坑木和鋼材,降低支護成本,減小掘進斷面, 減少勞動強度，提高掘進速度，是一種施工工藝簡單且高質(zhì)量高效能的一次成巷支護技術(shù)。
　　2.1錨桿懸吊理論
　　利用錨桿將巷道頂板松軟破碎的巖體錨固懸吊在圍巖內(nèi)部較堅硬，穩(wěn)定的巖層中，以增強巖層的穩(wěn)定性。懸吊理論對于回采巷道的直接頂下沉和離層有著較好的支護效果，但其只適用于頂板，當(dāng)用于錨固巷道幫、底以及無法懸吊的堅硬穩(wěn)定巖層或較厚頂板時，懸吊理論就不適用。
　　2.2錨桿組合梁理論
　　錨桿組合梁理論只適用于巷道頂板為較厚的層狀巖層，對于巷道的幫、底不適用。當(dāng)巷道頂板出現(xiàn)下沉和離層時，利用錨桿的錨固力增加各巖層間的摩擦力，增加巖層間的抗剪剛度，該摩擦力與抗剪力共同阻止巖層間產(chǎn)生相對滑動，從而將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個薄巖層鎖緊成一個較厚的巖層（組合梁）。
　　2.3錨桿組合拱理論
　　在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯，就能在巖體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱(亦稱組合拱或壓縮拱)，這個承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向載荷。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，在圍巖中形成一個均勻壓縮的連續(xù)承壓區(qū)，其圍巖強度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。因此，錨桿支護的關(guān)鍵在于獲取較大的承壓拱厚度和較高的強度，其厚度越大，越有利于圍巖的穩(wěn)定和支撐能力的提高。
　　三種錨桿支護作用機理的選擇使用要依據(jù)不同地質(zhì)條件下巷道頂板變形和圍巖支護強度，無論單一的還是相互補充綜合使用都要深入考慮圍巖支護的作用。
　　 3.深部礦井回風(fēng)平巷錨桿支護方案設(shè)計
　　深部礦井回風(fēng)平巷因復(fù)雜的地質(zhì)條件，巖層壓力大，巷道圍巖變形量大，支架損壞嚴重，巷道維修困難。為了處理這些潛在的巷道片冒失穩(wěn)等隱患，我們多采取錨桿支護的方式處理。回風(fēng)平巷的支護方式不能是單一化的，也不是一次支護完成的，必須采用聯(lián)合支護的方式解決巷道支護難的問題。
　　（1）若回風(fēng)平巷服務(wù)期限長，巖層不穩(wěn)定，破碎及風(fēng)化非常嚴重，節(jié)理發(fā)育明顯，伴有裂隙水，建議采取錨桿、金屬網(wǎng)、可伸縮性支架、錨索四者聯(lián)合的支護方式。
　　（2）若回風(fēng)平巷服務(wù)期限較長，巖層穩(wěn)定性較差，破碎及風(fēng)化較嚴重，節(jié)理發(fā)育較明顯，伴有裂隙水，建議采取錨桿、鋼筋梯梁、金屬網(wǎng)（或錨索）三者聯(lián)合的支護方式。
　　（3）若回風(fēng)平巷服務(wù)期限較長，巖層穩(wěn)定性較差，破碎及風(fēng)化較嚴重，節(jié)理發(fā)育較明顯，伴有裂隙水，建議采取錨桿、鋼筋梯梁、金屬網(wǎng)（或錨索）三者聯(lián)合的支護方式。
　?。?）若回風(fēng)平巷服務(wù)期限短，巖層穩(wěn)定性處于較好，無明顯破碎，風(fēng)化較弱，有小斷層，建議采取錨桿、鋼筋梯梁二者聯(lián)合的支護方式，視巖層情況可增加金屬網(wǎng)（或錨索）。
　　（5）若回風(fēng)平巷剛剛服務(wù)不久，巖層穩(wěn)定性好且堅硬完整，無破碎和風(fēng)化現(xiàn)象，建議采取單體錨桿的支護方式，視巖層情況可增加金屬網(wǎng)。
　　 結(jié)論
　　深部礦井回風(fēng)平巷圍巖的支護要充分考慮井下地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件，設(shè)計不同的錨桿支護方案。服務(wù)期限較長的巷道要及時封閉圍巖，多采用錨網(wǎng)噴支護，對于以松碎為主的巷道多選用錨網(wǎng)索支護。通過采用以上完整的、符合要求的錨桿支護系統(tǒng)，深部礦井回風(fēng)平巷頂板將穩(wěn)定可靠,產(chǎn)生裂隙少,安全性高,應(yīng)力集中少, 為建設(shè)高產(chǎn)高效礦井提供安全保障同時也為資源開采回收利用提供了戰(zhàn)略保障。