浅谈我国煤矿锚杆支护技术的现状与发展

徐万军

摘要:在简单介绍国内外发展情况的基础上,分析了我国煤巷锚杆支护技术现存的主要问题,并结合自己的工作实际探讨了今后锚杆支护技术的发展途径和对策。

关键词:煤矿锚杆支护现状发展

0 引言

自1872 年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡及1912 年德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来,锚杆支护技术至今已有一百多年的历史。就目前而言,国外锚杆支护技术以澳大利亚、美国发展最为迅速,两国锚杆支护比重已接近100%,其技术水平居于世界前列。

我国于20世纪50年代开始试用锚杆支护技术,至70年代前期还处于探索阶段,直到1978年才开始重点推广,80年代开始向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护,90年代又向澳大利亚学习引进成套先进的锚杆支护技术,目前已得到较广泛的推广和应用。在一些矿区的锚杆支护巷道比例达到90%以上,有些矿井甚至达到了100%,取得了较好的技术与经济效益。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。

由于各种锚杆的构造不同,锚杆作用机理差异甚大,国内外大量工程实践证明,各种不同种类锚杆,在不同的地质条件下,有不同的“支护”效果。国内外锚杆支护成功的经验表明,合理的锚杆支护设计及详细的监测分析,不仅可保证回采巷道的安全可靠,而且可取得显著的技术经济效益和社会效益。

1 我国锚杆支护技术发展中出现的问题

1.1 对锚杆支护机理的认识亟待提高 目前,沿用锚杆的设计方法,采用悬吊、组合梁、加固拱等理论进行计算,均是针对一般巷道提出的,还没有能针对煤巷的特定条件建立符合其特点的支护原理及设计方法,尤其是全煤及软岩条件下巷道围岩支护设计的要求。因此,目前的技术标准主要是经验性的,设计和施工中还有许多盲目性。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。

1.2 锚杆与锚固剂的产品质量不过关,锚杆机具不配套 锚杆的材质、结构与其力学性能紧密相关,锚固剂的质量指标更是决定支护可靠性的关键。我国煤矿井下使用的锚杆型式很多,但其强度、延伸率均偏低,在不能为巷道围岩提供较大的支护阻力的同时,也不能适应巷道围岩的变形,易使巷道顶板产生离层或错动。此外,因使用低性能的锚杆,不可避免地使每米巷道安装的锚杆数量偏多,而影响巷道的掘进进尺。

1.3 锚杆机具不配套 锚杆机具性能是决定锚杆安装质量与施工速度的关键。澳大利亚不仅重视研制各种具体用途的锚杆结构型式,而且极为重视锚杆钻装机的不断研制更新。我国目前虽然电动、风动和液压锚杆钻机都有,但性能结构不尽合理,零部件质量和整机性能都急需进一步完善与提高,至于掘锚联合机组,更有待进一加紧研制与试验,以实现掘支平行作业,提高成巷速度。

1.4 锚杆监测仪器与监测技术需要提高 监测是监督施工质量、保证锚杆支护安全可靠的重要手段。我国十分重视锚杆支护的监测工作,先后研制出了一些监测与监测仪器(锚固力测定仪、超声波围岩裂缝探测仪等),但性能不高、功能不全,还未形成系列配套的综合检测技术。另外尽管监测工作已有所开展,但其所起的反馈和指导作用却难以发挥。这主要是施工和管理人员的理论水平偏低,对监测的认识不足,且缺少正确的指导方法。

2 对我国锚杆支护技术发展的展望

2.1 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。完善煤巷锚杆支护理论,提高煤巷锚杆形式和参数选择的科学性、实用性是促进采准巷道锚杆技术发展的一个重要因素。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。

2.2 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。这种方法的主要矛盾是掘进工作面的开机率较低,一般在30%以下,支护时间过长,跟不上机掘速度,影响单进水平的提高。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。

2.3 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。日常监测的内容有:锚杆锚固力抽检、顶板离层、锚杆预紧力矩检测。

但在日常生产中,一些必要的监测工作没有很好开展,使其应有的作用没有得到很好的发挥。因此,应在大力宣传的基础上,进行必要的强制约束,进一步加强这方面的研究工作,以保证安全生产。

2.4 矿使用锚杆的经错杆支护人员培训 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。

3 结束语

我国煤矿锚杆支护经历了50年的努力探索,锚杆支护应用范围已扩展到受动压影响的回采巷道、软岩巷道、破碎或复合顶板巷道及工作面开切眼和大断面铜室锚杆支护。锚杆支护技术是一项貌似简单,实则复杂的系统工程,影响支护效果与成败的因素很多。所以我们应积极开展地应力测量工作完善我国煤巷锚杆支护理论,形成科学的实用设计方法,根据不同的巷道围岩类别,采用不同的锚杆支护形式完善锚杆监测技术,经济实用的锚杆钻机,提高锚杆支护的安全可靠性。只要我们认真对待,注重研究,锚杆支护将会迎来更加迅速发展的时期。

参考文献:

[1]杨百顺,张农等.制约我国煤矿锚杆支护发展的问题浅析.煤矿安全.2008年4月.

[2]聂启胜,贾俊明等.锚杆支护技术初探.煤.第14卷第一期.

[3]鞠文君.煤巷锚杆支护监测仪器的开发与应用.煤矿开采.2004年9月.