摘要:锚杆支护作为一种积极主动的支护技术,在我国乃至世界范围的巷道支护中,所占的比例越来越大。其简便快捷的施工,简单的施工方法,良好的支护效果,较轻的劳动强度,较好的适应能力,已经得到了广泛的认可。且随着锚杆支护器具的发展,在井工采矿实践中,使其得到了更为广泛的应用。
一、锚杆支护技术在我国的应用发展
本世纪50年代,在我国部分矿区已经开始试用锚杆支护技术,经过20年的不断探索,于1978年在我国大部分矿区推广使用。在此后的80、90年代,先后又向英、澳等发达国家改进学习并得到普遍使用。目前,在我国一些矿区以锚杆支护巷道的比例达到90%以上。国内现有楔缝、涨壳、倒楔锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚杆、木锚杆、竹锚杆、内涨锚杆、管缝锚杆、树脂锚杆、水泥锚杆、爆扩锚杆、预应力注浆大锚索等十几个系列品种。
锚杆支护技术经过在实践中的不断使用证明,各种锚杆由于机理、结构的不同,在实际工作中如发生地质条件变化,支炉效果会受到极大影响。通过我国矿区在实际工作中不断总结及国内外大量经验数据表明,要使锚杆支护技术更好地发挥技术、社会效益及保证矿区巷道的安全,事前对锚杆支护进行科学地设计及事后进行细致的监控、数据分析十分必要。
二、我国矿区使用锚杆支护技术的必要性
1.围岩支护稳定性高。由于我国现代锚杆支护原理是在现代岩石力学及围岩控制理论基础上建立起来,所以该理论不属于被动支护,当在围岩内部安装锚杆后,围岩得到了进一步加固,建立起一个支护承载结构,该结构能更好地保证矿区巷道围岩的安全、稳定,使巷道内部维护状况得到一定的改善。安全、稳固的巷道工作环境,可以为矿工的生命安全构筑起一道坚固的城墙。
2.锚杆支护机械化高。锚杆支护技术在具体操作过程中具有简单、安全等特点。首先,由于锚杆支护技术所采用的原材料较传统工艺数量少、重量轻,在矿工掘进时,不但减少了支护材料的运输数量,而且大大降低了矿工的工作量,加快了施工进度。其次,在工作面回采过程中,由于材料的减少及重量的降低,提高了支架回撤速度,在提高矿工采掘安全度的同时,使矿工的工作量得到了显著的降低。
3.巷道支护成本低。首先,在材料数量方面,由于锚杆支护技术具有较传统支护技术在材料数量上的巨大优势,减少了对支护原材料的投入,大大降低了企业的原材料成本。再者,在技术工艺方面,由于锚杆支护技术不占用巷道工作断面,在实际工作中,极大地减少了对巷道断面的使用量,进而降低了材料成本的使用。再者,由于锚杆支护技术在材料数量及巷道断面使用方面具有的优势,降低了企业日常对巷道的维护量,为企业节省了一定的维护费用,提高了资金的使用效益。
三、我国矿区在使用锚杆支护技术中存在的不足
1.锚杆支护原理缺少可操作性。目前,在我国矿区使用的锚杆方法,主要以传统的悬吊、组合梁、加固拱原理计算得出,该理论最初的设计原理是满足一般巷道支护要求,通过我国矿企在实际运用过程中发现,锚杆支护原理未能对煤矿巷道的采掘、工作环境等特点建立专门的支护原理与设计方法,特别是在巷道内部为全煤或软岩条件下该理论无法满足围岩支护的要求。所以,我国目前使用的锚杆支护原理尚处在探索发现阶段,亟待制定针对符合各种施工环境、岩石质地等特定要求的锚杆支护理论,提高锚杆支护理论在我国矿企施工中的可操作性。
2.锚杆支护原理所需材料质量有待进一步提高。在矿区企业采掘、围岩支护中对锚杆、锚固剂等原材料的材质、规格、密度有着极高的要求,支护材料的质量直接影响着支护的安全性与工作效率。目前,我国锚杆等材料存在着质量不达标、各种机具之间配套性差等特点,无法满足矿井施工对锚杆型号、强度、抗阻力性、巷道易变形性的要求,不但对巷道的安全生产带来隐患,而且极大地降低了施工的进度。
3.锚杆支护原理所需机具配套性差。无论多么完美、实用的支护原理,都需要质量过关、整机性强的机具才能发挥作用,机具的性能不光影响着施工的进度,对巷道支护安全具有巨大的影响。目前,我国矿区企业虽然已经使用风动、电动等锚杆钻机,但其整机性能、各机具间的整机性仍不完善,有待进一步研制、试验,提高锚杆支护机具的性能及整机性,提高掘进速度与巷道支护安全性。
4.尚未建立起科学、完善的锚杆监测系统。施工监测在锚杆支护工程中具有十分重要的地位,不但可以及时发现施工过程中出现的安全隐患,而且为支护原理的改进、完善提供数据。但目前我国在锚杆监测技术方面存在着监测仪器性能不高、功能不完善及缺少整体配套技术等问题。此外,由于矿区企业领导对对监测工作缺乏重视及施工人员理论水平不高等原因,导致我国锚杆支护监测系统无法正常运行。
四、对我国锚杆支护技术发展的展望
1.进一步完善锚杆支护理论和技术。锚杆支护有诸多种理论,但这些理论与实际应用技术的发展适应性较差。所以有必要在进一步深入研究巷道围岩矿压显现规律的基础上,探索锚杆支护理论。为此,我们要学习先进国家的煤巷锚杆支护的工程监控设计方法,消化吸收国外先进的锚杆支护理论和设计方法,结合我国具体情况,建立适合我国由地质调查——初始设计——工程监测——修改设计的设计方法,从而提高煤巷锚杆支护设计方法的科学性、实用性。
2.发展掘锚新机具。就目前的施工工艺而言,影响快速掘进的主要因素有两方面:一是掘进机割煤速度;二是锚杆机打眼及安装速度。当前煤巷快速掘进的施工方法为:掘进机割煤——桥式胶带转载机和固定皮带机运煤——敲帮问顶——顶锚杆机打顶眼并安装、帮锚杆机打帮眼并安装,实现一次成巷,及时支护。因此发展掘锚联合机组,实现“掘支锚一体化”平行作业,将是加快煤巷锚杆支护单进速度的必要手段。它将是我国煤巷快速掘进的又一发展方向。
3.锚杆支护监测技术及设计方法的研究。锚杆支护实施于井下后,要进行综合监测,以验证初始设计的合理性和可靠性,并为修正初始设计提供依据。目前锚杆支护的综合监测内容有:采用十字布点法监测表面位移、采用顶板离层指示仪测试顶板岩层锚固范围内外位移值、锚杆测力计测量锚杆(索)锚固端部和全长的工作阻力。
4.支护的人员的操作培训。人是一切工作计划的制定者和执行者,无论从结构合理、质量上乘的锚杆到性能优良的锚固剂,还是从灵活高效的锚杆钻装机具到灵敏精密的监测仪器仪表,都需要人来操作。我国煤矿施工队伍人员素质偏低,加上监督管理不到位,往往施工质量难以保证。因此,重视和加强锚杆支护技术人员和施工工人的技术培训和岗位训练,必然有助于我国煤矿锚杆支护技术的发展和锚杆支护的普及。
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