專題部分第頁我國煤礦巷道支護(hù)現(xiàn)狀摘要：礦井巷道支護(hù)經(jīng)歷了從木支架，到金屬支架的過度。隨著技術(shù)的發(fā)展，為了保證生產(chǎn)安全，傳統(tǒng)的單一支護(hù)形式也逐漸的被新的聯(lián)合支護(hù)方式所替代。關(guān)鍵詞：錨桿、聯(lián)合支護(hù)1緒論1.1煤炭是我國的基礎(chǔ)能源我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，煤炭是我國的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)能源。2010年我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)為：煤炭、石油、天然氣、核電、水電、其他可再生能源分別占一次能源消費(fèi)總量的66.1%、20.5%、5.3%、0.9%、6.8%和0.4%。從我國能源現(xiàn)狀來看，中國富煤、貧油、少氣的總體狀況沒有改變，煤炭在我國一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)比例中始終占70%左右，煤炭資源儲(chǔ)量的可靠性、供應(yīng)的安全性、燃燒的可潔凈性等，決定了煤炭工業(yè)在中國國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)地位將是長期和穩(wěn)固的。以煤炭為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)，仍然是中國能源發(fā)展戰(zhàn)略的必然選擇。（數(shù)據(jù)來源：中國煤礦資源網(wǎng)）1.2我國原煤產(chǎn)量我國煤炭資源豐富，產(chǎn)量居世界首位，在未來20-50年內(nèi)，我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)以煤為主的格局不會(huì)改變。1994年，我國原煤產(chǎn)量12.4億t，躍居世界第一位。從2001年到2004年，我國煤炭產(chǎn)量每年增長2億噸以上，這在世界煤炭工業(yè)史上是前所未有的，但仍滿足不了國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求。2003年全國原煤產(chǎn)量完成16.7億t，比上年增加2.8億t；2004年原煤產(chǎn)量突破19億t，成為名副其實(shí)的產(chǎn)煤大國。從2001年到2010年，我國各年原煤產(chǎn)量如表1-1所示。表1-1我國近十年來原煤產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)年份/a產(chǎn)量同比增長200111.1—200213.824%200316.721%200419.617%200521.912%200623.89%200725.47%200827.910%200930.59%201032.46%1.3我國煤炭行業(yè)現(xiàn)狀簡述1.3.1煤炭行業(yè)單位生產(chǎn)效率亟待提高煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源和重要原料，煤炭工業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。近年來，我國煤炭行業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好，但從2008年三季度開始，受宏觀經(jīng)濟(jì)放慢的影響，國際國內(nèi)市場需求雙雙下降，導(dǎo)致價(jià)格下跌。同時(shí)，由于高利潤的驅(qū)使，煤炭行業(yè)投資高速增長，產(chǎn)能迅速增加。隨著前幾年煤礦建設(shè)陸續(xù)投產(chǎn)，今后幾年新增生產(chǎn)能力將集中釋放出來，產(chǎn)能過剩壓力日趨嚴(yán)重。圖1-3煤炭行業(yè)景氣指數(shù)圖圖1-4我國近年來煤炭行業(yè)利潤變化圖2009年政府的政策取向也在很大程度上影響了煤炭價(jià)格走勢，加之我國煤炭需求趨緩導(dǎo)致煤炭價(jià)格下降。同時(shí)，國家相關(guān)政策敦促煤炭企業(yè)投入提高，這意味著我國煤炭行業(yè)利潤增速將大幅放慢。2009年1-8月，煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤1228億元，同比下降11.85%，增幅比1-5月回落15個(gè)百分點(diǎn)。煤炭行業(yè)利潤的降低要求煤炭企業(yè)必須提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)生產(chǎn)工藝，嚴(yán)格控制成本，節(jié)約生產(chǎn)材料，從而保持利潤平穩(wěn)增長。1.3.2我國煤炭需求平穩(wěn)增長煤炭工業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃提出，五年壓縮小煤礦產(chǎn)能3.8億噸以上。同時(shí)，隨著制約煤炭行業(yè)發(fā)展的運(yùn)輸?shù)葐栴}逐步解決，煤炭庫存問題也將迎刃而解。從長期而言，煤炭資源價(jià)格市場化將是必然趨勢，并且資源的稀缺性及經(jīng)濟(jì)發(fā)展對資源需求增加，都決定了煤炭需求的內(nèi)在上升趨勢。從宏觀角度分析，最近三十年，我國煤炭消費(fèi)增長總體上與經(jīng)濟(jì)波動(dòng)保持一致。我國政府公布的今后兩年總額為4萬億元的投資，按照1:3的乘數(shù)效應(yīng)，可以帶動(dòng)全社會(huì)總額約12萬億的投資，這將對拉動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)增長起到巨大的作用。因此，未來兩年的宏觀經(jīng)濟(jì)走勢相對樂觀。預(yù)計(jì)2008-2010年，我國煤炭消費(fèi)增長分別為6.56%、6.21%和6.35%，煤炭消費(fèi)量分別為27.42億噸、29.13億噸和30.98億噸，需求仍將保持平穩(wěn)增長。圖1-5近年來煤炭行業(yè)產(chǎn)量變化未來國際市場的復(fù)蘇和焦炭市場的好轉(zhuǎn)是煤炭行業(yè)逐漸走向好轉(zhuǎn)的主要因素。1.4頂板災(zāi)害簡述及巷道支護(hù)的重要性近年來，我國煤炭事故頻發(fā)，2009年全年，中國礦山安全事故已達(dá)2014起，其中死亡3393人；煤礦平均百萬噸死亡率0.892，居世界之首，大大高于世界上煤炭生產(chǎn)先進(jìn)國家。中國煤礦多為井工開采、煤炭資源賦存條件差、自然災(zāi)害嚴(yán)重；頂板事故、盜采煤礦、生產(chǎn)失誤、器械老化及故障等是礦難的主要原因。其中，頂板事故是指在井下采煤過程中，頂板意外冒落造成的人員傷亡、設(shè)備損壞、生產(chǎn)中止等事故。在實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤以前，頂板事故在煤礦事故中占有極高的比例，隨著支護(hù)設(shè)備的改進(jìn)及對頂板事故的研究、預(yù)防技術(shù)的提高和逐步完善，頂板事故所占的比例有所下降，但仍然是煤礦生產(chǎn)中的主要災(zāi)害之一。我國煤炭賦存條件復(fù)雜，絕大多數(shù)煤礦采用井工開采的方式。其中，巷道支護(hù)是勞動(dòng)量最大、難度最高、材料消耗最多的工序，支護(hù)費(fèi)用占煤礦開采總費(fèi)用的50%以上。隨著礦井開采深度的增加，巷道斷面不斷擴(kuò)大，巷道圍巖變形量也隨之加大，巷道支護(hù)的難度也將增大。另外，巷道支護(hù)產(chǎn)生的頂板事故在煤礦事故中的比例居高不下，2001-2007年度我國煤礦頂板事故發(fā)生次數(shù)占所有事故的60.44%，死亡人數(shù)占總?cè)藬?shù)的32.8%，頂板事故已成為嚴(yán)重制約煤礦安全生產(chǎn)和快速發(fā)展的因素。煤礦支護(hù)主要指在地下采掘過程中，采用支撐工具或設(shè)備維護(hù)工作面頂板安全的過程。它的主要作用就在于為井下開采各道工序提供安全的作業(yè)環(huán)境。煤礦支護(hù)直接涉及到采煤的安全效率消耗量，以及環(huán)境保護(hù)，工業(yè)衛(wèi)生，采掘成本與機(jī)械化水平。就我國來說，每年用于支護(hù)方面的木材就高達(dá)400萬方，鋼材近50萬t，直接費(fèi)用更高達(dá)2.0億元人民幣。可見，煤礦支護(hù)的投入從來都是關(guān)系到煤礦企業(yè)正常生產(chǎn)的頭等大事。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國煤礦每年新掘進(jìn)巷道超過1.1萬km。巷道作為井下生產(chǎn)以及通風(fēng)系統(tǒng)的必經(jīng)之路，其對于整個(gè)礦井系統(tǒng)的作用也是顯而易見的。因此為了讓井下系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證巷道不受破壞是及其重要的。1.5巷道破壞原因簡述1）巷道圍巖承載能力差，巖塊本身的強(qiáng)度較小，尤其是層理和節(jié)理的發(fā)育，在高應(yīng)力作用下巖塊沿結(jié)構(gòu)面剪切滑移，使巖體整體承載能力很差。2）巷道支架承載能力沒有得到有效發(fā)揮。尤其在圍巖十分松散破碎的情況下，巷道表面圍巖與U型鋼支架接觸關(guān)系較差，使得支架承載大多為偏載狀態(tài)，極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)，造成U型鋼實(shí)際承載能力與理論承載能力相差較遠(yuǎn)。3）巷道支架支護(hù)強(qiáng)度不足。巷道支架所能提供的支護(hù)阻力是控制巷道強(qiáng)烈變形的關(guān)鍵因素之一。4）支護(hù)體本身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。5）單一支護(hù)方式無法控制軟巖巷道的強(qiáng)烈變形。現(xiàn)代支護(hù)理論強(qiáng)調(diào)，圍巖本身不再單獨(dú)是支護(hù)體的載荷，而是具有自穩(wěn)能力的承載體。圍巖的自穩(wěn)能力遠(yuǎn)大于支護(hù)的作用，因此近年來大力推廣錨桿支護(hù)技術(shù)，但在松軟破碎圍巖中，圍巖本身的可錨性差，高強(qiáng)樹脂錨桿的錨固性能難以發(fā)揮，特別是圍巖松動(dòng)范圍大，在頂板圍巖松散破碎的情況下，圍巖本身的自穩(wěn)能力較差，允許空頂時(shí)間較短，并不適宜采用錨網(wǎng)支護(hù)，而單純采用被動(dòng)支護(hù)，在巷道淺部圍巖變形屈服后方才承載、抗壓，無法控制塑性屈服區(qū)域向圍巖深部擴(kuò)展，必然最終破壞失穩(wěn)。因此，必須通過耦合支護(hù)發(fā)揮主動(dòng)支護(hù)和被動(dòng)支護(hù)的作用，才能有效控制此類巷道變形。

2巷道支護(hù)的發(fā)展國內(nèi)煤礦巷道支護(hù)技術(shù)總的來講經(jīng)歷了從被動(dòng)支護(hù)、主動(dòng)支護(hù)到聯(lián)合支護(hù)的發(fā)展過程?，F(xiàn)將各過程分述如下。2.1被動(dòng)支護(hù)巷道的開掘破壞了原巖應(yīng)力的平衡，要使巷道不受破壞，必然要在巷道的兩幫和頂、底施加一個(gè)作用力以控制巷道的圍巖變形。這種通過外界物直接作用在巷道上的支護(hù)就是被動(dòng)支護(hù)。2.1.1木支架木支架在采礦工業(yè)中用的最早，過去也用的最廣泛。巷道支護(hù)中常用梯形木支架，是由一根頂梁、兩個(gè)棚腿及背板、木楔組成。木支架質(zhì)量較輕，具有一定強(qiáng)度，加工方便，架設(shè)方便，特別適用于多變地下條件；構(gòu)造上可以做成一定剛性的，也可以做成有較大可縮性；當(dāng)?shù)貕和蝗辉龃髸r(shí)木支架還能發(fā)出聲響信號。其缺點(diǎn)是強(qiáng)度有限、不能防火、容易腐朽、服務(wù)年限短，不能阻止和防止圍巖風(fēng)化，特別是木材耗量巨大。2.1.2金屬支架金屬支架是一種優(yōu)良的坑木代用品，其主要型式如下。1）梯形金屬支架梯形金屬支架用18~24kg/m鋼軌、16~20號工字鋼或礦用工字鋼制作，由兩腿一梁構(gòu)成。型鋼棚腿下焊一塊鋼板，以防止其陷入巷道底板，有時(shí)還可在棚腿之下架設(shè)墊板。梯形金屬支架通常用于回采巷道，在斷面較大、地壓較嚴(yán)重的其他巷道也可以使用。2）拱形可縮性金屬支架拱形可縮性金屬支架是用礦用特殊型鋼制作，特殊型鋼包掛工字鋼、U型鋼等。其中U型鋼可縮性支架被公認(rèn)為是井下支護(hù)的一次重大突破。拱形可縮性金屬支架適用于地壓大、圍巖變形大的巷道，支護(hù)斷面一般不大于12m2。當(dāng)巷道地壓達(dá)到某一限定值后，弧形頂梁即沿著柱腿彎曲部分產(chǎn)生微小的相對滑移，支架下縮，從而可緩和巖層對支架的壓力。2.1.3石材整體支護(hù)石材整體支護(hù)，是指料石、混凝土或鋼筋混凝土砌筑成的整體支護(hù)。這種支護(hù)的主要形式是直墻拱頂式，它由拱、墻和基礎(chǔ)構(gòu)成。拱的作用是承受頂壓并將其傳給側(cè)墻和兩幫。以前，我國煤礦采用這種支護(hù)形式很多，但隨著錨噴支護(hù)的推廣，其應(yīng)用越來越少。石材整體支護(hù)的應(yīng)用條件是：1）錨噴支護(hù)無法實(shí)現(xiàn)的地段；2）大面積淋水或部分涌水且處理無效的地段；3）有化學(xué)腐蝕的地段；4）特殊要求的地段。2.2主動(dòng)支護(hù)在被動(dòng)支護(hù)中，圍巖都是作為載荷體直接作用在支架上。而主動(dòng)支護(hù)則是通過某種手段將圍巖由載荷體轉(zhuǎn)化為承載體，從而提高了支護(hù)的積極性，更有利與控制圍巖巷道的變形。2.2.1錨桿支護(hù)在整個(gè)煤礦巷道支護(hù)發(fā)展歷程中，錨桿支護(hù)被公認(rèn)為是井下支護(hù)技術(shù)上的又一次突破。1）定義錨桿是用金屬或其他高抗拉性的材料制作成的一種桿狀構(gòu)件，通過一定施工操作將其安設(shè)在地下工程的圍巖或其他工程體中，即能形成承受載荷、阻止變形的圍巖拱結(jié)構(gòu)或其他復(fù)合結(jié)構(gòu)的錨桿支護(hù)。在巷道支護(hù)中，錨桿以其良好的支護(hù)性能，已成為取代棚式支架和砌諠的一種較好的支護(hù)方式，是巷道支護(hù)技術(shù)的一個(gè)主要方向。2）錨桿的結(jié)構(gòu)類型錨桿的種類很多，依錨固方式分其主要類型如圖2-1所示，其優(yōu)缺點(diǎn)如表2-1所示。表2-1各種類型錨桿的主要優(yōu)缺點(diǎn)錨桿類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)端頭錨固機(jī)械錨固型安裝迅速，及時(shí)承載對深部圍巖強(qiáng)度要求高粘結(jié)錨固型易加工，制造簡單對深部圍巖強(qiáng)度要求一般全長錨固機(jī)械錨固型易安裝，及時(shí)承載易腐蝕，錨固強(qiáng)度易衰減和喪失粘結(jié)錨固型適用范圍廣，錨固力大樹脂錨桿成本高，樹脂易燃，有毒3）錨桿支護(hù)作用原理正確地設(shè)計(jì)和應(yīng)用錨桿支護(hù)，必須對錨桿支護(hù)機(jī)理有正確認(rèn)識，并以完善的錨桿支護(hù)理論作為指導(dǎo)。傳統(tǒng)的支護(hù)理論：懸吊理論、組合拱（壓縮拱）理論，近期又有了最大水平應(yīng)力理論。這些理論都是以一定假說為基礎(chǔ)的，各自從不同角度、不同條件闡述錨桿支護(hù)的作用機(jī)理。圖2-1錨桿懸吊理論圖圖2-2錨桿組合拱理論圖圖2-3錨桿安裝組合示意圖注：1-錨桿2-托盤3-防松墊圈4-塑料減摩墊圈5-阻尼螺母2.2.2預(yù)應(yīng)力錨索預(yù)應(yīng)力錨索與普通的錨桿相比錨索的長度較長，能錨入深部較穩(wěn)定的巖層中，同時(shí)施加較大的預(yù)應(yīng)力。常見的預(yù)應(yīng)力錨索有漲殼式鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨索和砂漿粘結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索。錨索可分為單根錨索和錨索束、水泥注漿錨固錨索、樹脂水泥注漿聯(lián)合錨固錨索、端不錨固錨索和全長錨固錨索、預(yù)應(yīng)力錨索和非預(yù)應(yīng)力錨索。目前我國煤礦已廣泛應(yīng)用自己研制的小鉆孔、樹脂藥卷加長錨固、單根絞線的小口徑預(yù)應(yīng)力錨索。圖2-4錨桿類型的分類2.2.3注漿加固技術(shù)注漿加固直接作用于巷道圍巖結(jié)構(gòu)本身，可根本改善圍巖性狀提高圍巖力學(xué)性質(zhì)，其注漿加固機(jī)理如下：1）提高巖體強(qiáng)度利用壓力把漿液充壓到圍巖的各種裂隙中去，改善弱面的力學(xué)性能，提高裂隙的粘聚力和內(nèi)摩擦角，增大掩體內(nèi)部巖塊間的相對位移的阻力，從而提高圍巖整體穩(wěn)定性。研究表明，注漿加固使破裂后的強(qiáng)度提高120%~130%，使破裂后粉砂巖和頁巖的強(qiáng)度提高1~3倍。2）形成承載結(jié)構(gòu)對巷道的破裂松散圍巖實(shí)施注漿加固，可以使破碎巖塊重新膠結(jié)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，與巷道支架共同作用，減輕支架承擔(dān)的載荷。有關(guān)研究表明，巷道圍巖注漿加固后可使巷道支架載荷降低2/3~4/5，如圍巖與支架協(xié)調(diào)變形時(shí)，巷道支架載荷將降低3/4~5/6。3）改善圍巖賦存環(huán)境巷道破碎圍巖注漿后，漿液固結(jié)封閉裂隙，阻止水、氣侵入巖體內(nèi)部，防止水害和風(fēng)化，保持圍巖力學(xué)性質(zhì)長期穩(wěn)定。同時(shí)，注漿后圍巖的滲透性也將大大降低，據(jù)前蘇聯(lián)研究，注漿后圍巖滲透性約為注漿前的1/10~1/100。2.3聯(lián)合支護(hù)聯(lián)合支護(hù)是兩種或兩種以上單一支護(hù)形式的結(jié)合，一般多采用不同性能的單一支護(hù)的組合結(jié)構(gòu)，以便發(fā)揮各自的性能，彌補(bǔ)不足，共同作用，促使圍巖穩(wěn)定。下面針對于錨桿聯(lián)合支護(hù)中的幾種作簡要論述。其余聯(lián)合支護(hù)方式將在第四章做詳細(xì)介紹。2.3.1錨網(wǎng)支護(hù)錨網(wǎng)支護(hù)是將鐵絲網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)、塑料網(wǎng)等用托盤固定在錨桿上所組成的復(fù)合支護(hù)形式。各種網(wǎng)主要用來維護(hù)錨桿間的圍巖，防止小塊松散巖石掉落，也可用做噴射混凝土的配筋；同時(shí)被錨桿拉緊的網(wǎng)還能起到聯(lián)系各錨桿組成支護(hù)整體的作用。2.3.2錨桿桁架支護(hù)錨桿桁架，是由在巷道肩窩處頂板上沿45°~60°方向安裝鋼絲繩、鋼筋或鋼絞線錨桿，并用拉緊裝置將錨桿的外漏部分連接起來在背上木楔而成。形成的錨桿桁架結(jié)構(gòu)除有錨桿支護(hù)作用外，還有支撐頂板作用，可用于處理頂板錨桿或其他常規(guī)方法無效的惡劣頂板條件；但巷道兩幫需用錨桿進(jìn)行加固，其長度應(yīng)大于頂板錨桿的水平投影。3錨桿支護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益及支護(hù)方法3.1錨桿支護(hù)簡述錨桿支護(hù)方法是通過鉆孔將鋼筋桿體固定于一定的巖層中，主動(dòng)加固巖體，有效控制其變形，防止坍塌。近幾年錨桿支護(hù)技術(shù)迅速發(fā)展，煤礦錨桿支護(hù)普及率逐年上升，美、澳、英等國錨桿支護(hù)普及率已高達(dá)90%以上（數(shù)據(jù)來源：郭蘭波，《美國錨桿支護(hù)的應(yīng)用和研究》，光爆錨噴通訊，1984.7）。大量工程實(shí)踐表明，錨桿支護(hù)具有用料節(jié)省、巷道斷面利用率高、支護(hù)及時(shí)、勞動(dòng)強(qiáng)度小、運(yùn)輸施工簡單方便、經(jīng)濟(jì)效益高以及對巷道圍巖變形適應(yīng)性好、有利于采煤工作面快速推進(jìn)、明顯提高工作面單產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)場對比實(shí)驗(yàn)表明，在同一條件下錨桿支護(hù)與剛性金屬支架支護(hù)相比，巷道圍巖移近量減少一半左右，而支護(hù)費(fèi)用僅為金屬支架的二分之一，運(yùn)輸和安裝費(fèi)用亦明顯降低。于是我國各煤炭企業(yè)也紛紛采用成本低廉、控制圍巖變形效果較好的錨桿支護(hù)方法。目前，由于國內(nèi)錨桿與新材料、新工藝和新設(shè)備配套的技術(shù)措施、規(guī)程等基礎(chǔ)工作不相匹配，嚴(yán)重影響新技術(shù)、新工藝的推廣使用。錨桿施工機(jī)具、錨固機(jī)具的配套設(shè)備、施工工藝及速度、施工質(zhì)量及管理等配套設(shè)備和手段的相對落后，嚴(yán)重影響掘進(jìn)效率，致使錨桿支護(hù)在回采巷道尤其是在軟巖及全煤巷道等困難條件下的應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。我國進(jìn)入“九五”期間，原煤炭工業(yè)部將“錨桿支護(hù)”列為煤炭工業(yè)科技發(fā)展的五個(gè)項(xiàng)目之一，展開了更深入、更細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)過聯(lián)合攻關(guān)，煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)有了較大提高，取得了不少寶貴經(jīng)驗(yàn)，主要有單體錨桿支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)、錨梁網(wǎng)支護(hù)、桁架錨桿支護(hù)、沿空巷道錨桿支護(hù)等等。3.2錨桿支護(hù)的發(fā)展及配套設(shè)備的進(jìn)步3.2.1阻尼螺母及墊圈的簡要介紹阻尼螺母是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，研發(fā)出的一種與托盤接觸面積大，整體螺紋度高，不易退絲的螺母。它在內(nèi)置螺紋孔的六角狀螺母本體一端設(shè)有環(huán)形擋圈，螺母側(cè)面呈Ｔ型，螺母本體另一端螺紋口處設(shè)有一弧形阻尼片，并在螺母端頭增加了圓環(huán)擋圈，能與托盤緊密接觸，增大接觸面積，受力更均勻。通過該螺母不僅能夠上緊托盤，并能提供較高的預(yù)緊力，使錨桿及時(shí)支護(hù)圍巖，該螺母可提供80~120N·m的扭矩。墊圈與托盤嚴(yán)密接觸，不會(huì)使錨桿偏心受力或應(yīng)力局部集中，使錨桿受力狀態(tài)不良；在高應(yīng)力對錨桿的作用下，防松墊圈能適應(yīng)性張開，不易造成錨桿被拉斷而失效；當(dāng)圍巖松動(dòng)時(shí)，防松減摩組合墊圈利用自身一定的彈性可以克服松動(dòng)，保證螺母和托盤始終嚴(yán)緊接觸，從而保證錨桿的支護(hù)作用，在安裝錨桿過程中，與阻尼螺母相配合，完成錨桿一體化安裝。圖3-1阻尼螺母結(jié)構(gòu)圖圖3-2阻尼螺母實(shí)物圖3.2.2煤礦安裝錨桿情況及缺點(diǎn)在錨桿安裝過程中，首先需要對圍巖進(jìn)行鉆孔，然后穿過鋼帶孔眼向錨桿孔裝入兩節(jié)樹脂藥卷，再用組裝好的錨桿慢慢將樹脂藥卷向孔底推入。藥卷攪拌均勻后旋緊螺母，則錨桿安裝完成。圖3-3目前錨桿安裝步驟這種方式，起停鉆機(jī)沒有明確時(shí)間，無法保證80~120N·m的扭矩，同時(shí)人工擰緊螺母無法保證托錨力100N·m。人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全系數(shù)低，勞動(dòng)時(shí)間長。3.2.3阻尼螺母出現(xiàn)后錨桿安裝流程與優(yōu)勢圖3-4應(yīng)用阻尼螺母后錨桿安裝步驟阻尼螺母的問世，解決了使用普通螺母所產(chǎn)生的多項(xiàng)技術(shù)難題。使用阻尼螺母安裝時(shí)，錨桿將隨螺母一起轉(zhuǎn)動(dòng)，藥卷攪拌均勻后無需停止鉆機(jī)，在達(dá)到規(guī)定錨固力后，阻尼片將自動(dòng)脫落，成為一個(gè)帶有固定墊片的高強(qiáng)度螺母，向煤巖旋緊。當(dāng)前部圓環(huán)擋圈與塑料墊圈緊密接觸并使其變形時(shí)，則達(dá)到規(guī)定托錨力，即可停止轉(zhuǎn)機(jī)。3.2.4阻尼螺母出現(xiàn)的意義圖3-5阻尼螺母在支護(hù)過程中的優(yōu)勢3.2.5使用阻尼螺母后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益以淮南顧橋煤礦為例，使用阻尼螺母后，掘進(jìn)速度由原來的平均55.3米/月提高到98.8米/月，掘進(jìn)速度提高了79%，每月增收超過1千萬元。（1）巷道掘進(jìn)速度提高，節(jié)支局部通風(fēng)費(fèi)：[(1020米÷55.3米/月)－（1020米÷98.8米/月）]×30天/月×24小時(shí)/天×2臺×30千瓦時(shí)/臺×0.61元/千瓦時(shí)＝35.1萬元（2）工作面提前貫通，節(jié)支巷道維護(hù)費(fèi):[(1020米÷55.3米/月)－（1020米÷98.8米/月）]×60元/米.月×1020米＝49.7萬元（3）提前采煤增收[(1020米÷55.3米/月)－（1020米÷98.8米/月）]×30天/月×200噸/天×(365-120)＝1193.4萬元合計(jì)經(jīng)濟(jì)效益為：35.1+49.7+11936.4＝1278.2萬元可見,新材料、新工藝和新設(shè)備配套的進(jìn)步,新型錨桿施工機(jī)具、錨固機(jī)具的配套設(shè)備的研發(fā)是推廣錨桿支護(hù)技術(shù)的主要課題。3.2.6錨桿支護(hù)的優(yōu)勢3.3錨桿支護(hù)的施工工藝(1)打眼前及光面爆破后，必須嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，及時(shí)將浮塊敲掉，并用單體與托木配套使用打好臨時(shí)支護(hù)，嚴(yán)禁空頂下作業(yè)。(2)錨桿眼垂直巷道輪廓線或垂直煤層。(3)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況控制好錨桿眼深度，確保錨桿托盤緊貼煤壁，保證錨桿有效。(4)錨桿眼打完后，將眼中煤粉掏凈后安裝錨桿。(5)錨桿安裝完成后及時(shí)掛網(wǎng)，金屬網(wǎng)延煤壁鋪平、拉緊，網(wǎng)邊對接用12號雙股鐵絲擰三個(gè)勁以上，然后按規(guī)定時(shí)間使用機(jī)械或力矩鈑手?jǐn)Q緊錨桿托盤的螺絲，錨桿螺絲外露螺母10mm一15mm。(6)煤巷錨網(wǎng)施工，后路必須班班有專人檢查頂板壓力、錨固力等情況，如發(fā)現(xiàn)失效錨桿，必須重新打錨桿眼，補(bǔ)打錨桿。4錨桿的聯(lián)合支護(hù)應(yīng)用4.1錨網(wǎng)噴支護(hù)4.1.1錨噴支護(hù)簡述巖巷支護(hù)中以錨桿、噴射混凝土組成的聯(lián)合支護(hù)形式，可簡稱為錨噴支護(hù)。錨桿和噴射混凝土各有優(yōu)點(diǎn)，但也都有不足之處。錨噴聯(lián)合支護(hù)，恰能做到使二者相互取長補(bǔ)短，互為補(bǔ)充，是一種性能更好的支護(hù)形式。錨桿與其穿過的巖體形成承載加固拱，噴射混凝土層的作用在于封閉圍巖、防止風(fēng)化剝落，和圍巖結(jié)合在一起能對錨桿間的表面巖石起支護(hù)作用。4.1.2錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)原理錨網(wǎng)噴支護(hù)即能充分發(fā)揮錨桿作用，又充分發(fā)揮噴射混凝土的作用，同時(shí)網(wǎng)使圍巖表面破碎圈完整化，使噴層平整均勻，增加抗彎、抗剪能力，并具有較高柔性和較大的變形量。錨網(wǎng)噴支護(hù)突破了傳統(tǒng)舊的支護(hù)形式和支護(hù)理論，不是消極的支護(hù)已松動(dòng)的圍巖，而是主動(dòng)的保持圍巖的完整性、穩(wěn)定性，控制圍巖變形，位移及裂隙發(fā)展，充分發(fā)揮圍巖自身的支承作用。即以護(hù)為主，支為輔，是加固松動(dòng)圈而不是支護(hù)松動(dòng)圈的一種較為合理且適用斷層破碎帶不穩(wěn)定巖石的一種支護(hù)形式。1）錨桿作用通過錨桿的擠壓加固作用，在圍巖中形成一定厚度，均勻的加接壓縮帶，即擠壓加固作用，它不僅能保持自身穩(wěn)定，即錨桿—圍巖共同承載的組合拱，而且能夠承受地壓，阻止上部圍巖的松動(dòng)和變形。2）噴射混凝土作用（1）及時(shí)封閉圍巖，加固并阻止風(fēng)化作用，提高圍巖強(qiáng)度，同時(shí)防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖破壞與剝落。（2）改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，提高強(qiáng)度，充填張開的節(jié)理、裂隙。固結(jié)圍巖，起到補(bǔ)強(qiáng)作用。（3）起到柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，噴射混凝土能和圍巖緊密地粘結(jié)在一起，在厚度不太大時(shí)，具有柔性，能隨圍巖一起位移，并在位移過程中產(chǎn)生支護(hù)反力。（4）可以使噴層與巖石的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度足以抵抗圍的局部破壞，防止個(gè)別危巖活動(dòng)、滑移或墜落。（5）形成組合拱作用，噴射混凝土把破碎的巖塊聯(lián)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)，從而隔絕深部圍巖進(jìn)一步變形，使其達(dá)到三向應(yīng)力狀態(tài)。3）金屬網(wǎng)作用（1）鋪設(shè)金屬網(wǎng)相應(yīng)增大錨桿托板的面，從而改變了原來的巷道壁的點(diǎn)錨固，為全面積錨固擠壓，在錨桿長度相同，密度相同的情況下，增大擠壓加固拱的厚度，提高巷道抗破壞的力。（2）增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，提高了噴層抗剪力，抗拉的能力，增強(qiáng)了噴層的支護(hù)強(qiáng)度。（3）通過錨桿和金屬網(wǎng)，把噴層與巷壁牢固的結(jié)合一起，使得噴層與圍巖之間不易離層、脫落?？傊?，采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，使得這三種支護(hù)形式有機(jī)的結(jié)合在一體，形成強(qiáng)有力的組合拱，與圍巖共同承載的優(yōu)點(diǎn)，大大的提高了圍巖自身支承能力和噴層的外部支承能力，達(dá)到一次成巷。4.1.3主要參數(shù)分析及確定1）根據(jù)擠壓加固拱原理確定錨桿長度和間距，必須滿足下列關(guān)系式：L=N×(1.1+B/10)式中：L—錨桿長度，m；B—巷邊跨度，取312m；N—圍巖穩(wěn)定性影響系數(shù)，V類圍巖取系數(shù)1.2。2）金屬網(wǎng)的選擇要滿足以下條件（1）網(wǎng)筋必須滿足強(qiáng)度和剛度的要求，具有一定的抗剪、抗彎曲能力。（2）人力能使金屬網(wǎng)隨巷道拱彎曲，經(jīng)錨桿錨固后能緊貼巷壁。（3）網(wǎng)眼不能過小，以免噴碹時(shí)網(wǎng)后出現(xiàn)空洞，影響碹體強(qiáng)度。（4）網(wǎng)片大小合適，施工中使用方面，易于操作，故選用金屬網(wǎng)片規(guī)格1.5×1.2m，網(wǎng)眼規(guī)格80×80mm，鋼筋直徑4mm。網(wǎng)鋪設(shè)要平直，緊貼巖壁。金屬網(wǎng)為保證搭接，盤條網(wǎng)相鄰兩邊作鉤，用于鉤掛連接，再用φ10#鐵線擰緊聯(lián)好加固連接，這種搭接方式減少盤條用量，降低成本，效果也佳，最后用托盤壓緊金屬網(wǎng)。3）噴射混凝土（1）噴射混凝土厚度選擇噴層過薄影響支護(hù)強(qiáng)度，過厚影響其柔性，脆性增加，易與圍巖離層，而使圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)不能保持。根據(jù)我礦實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和巷道服務(wù)年限，跨度及圍巖穩(wěn)定性確定噴射混凝土厚度為100mm。分二次噴射混凝土，初噴厚度40mm，復(fù)噴達(dá)到100mm厚度，即起到支護(hù)作用，又充分發(fā)揮金屬網(wǎng)在碹體中抗剪，抗拉作用。（2）噴射混凝土材料要求選用425#普通硅酸鹽水泥、砂子為中粒河砂，石子粒直徑不大于25mm，水泥:砂子:石子=1:215:115。（3）噴射混凝土參數(shù)選用旋轉(zhuǎn)式Ⅱ形混凝土噴漿機(jī)，工作氣壓0.12～0.18MPa，噴漿門到噴面距離1m～1.5m，輸料長度約20m，速凝劑控制在3%～5%范圍，噴兩墻無淋水時(shí)取小值，噴拱頂和有淋水時(shí)應(yīng)取大值，并做到潮拌料，噴前巖壁灑水，降低回彈、粉塵保證混凝土的強(qiáng)度。爆破—出矸—安設(shè)錨桿—掛網(wǎng)—噴射混凝土，一次成巷工序簡單，省工省力。4.1.4施工中應(yīng)注意的問題1）保持毛斷面，符合設(shè)計(jì)要求，輪廓線圓滑平整，必須采用光面爆破，保證光爆質(zhì)量，減少巖石破壞，光爆成形規(guī)整，可減少局部支護(hù)體上應(yīng)力集中，使變形壓力在支護(hù)體均衡分布，還可為鋪設(shè)金屬網(wǎng)創(chuàng)造好的條件，并使支護(hù)厚度均勻，均勻的支護(hù)體能更好承受較大的變形應(yīng)力。2）注意錨桿的角度，安裝質(zhì)量、失效錨桿必須重新補(bǔ)打好，錨固力在5t以上。3）噴厚要平整光滑，消除急角凸凹，厚度要均勻，避免表層應(yīng)力集中而造成的局部破裂現(xiàn)象。4）嚴(yán)禁空項(xiàng)作業(yè)，使用吊環(huán)式前探鐵剎桿護(hù)頂板做臨時(shí)支護(hù)，以確保安全。5）網(wǎng)鋪平直，并在噴射混凝土前，留出網(wǎng)邊鉤，以便下一循環(huán)進(jìn)行搭接。4.1.5錨網(wǎng)噴支護(hù)實(shí)際應(yīng)用和效果(1)應(yīng)用錨桿、鋼帶、噴漿聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)可靠，承壓效果好。當(dāng)巷道壓力較大時(shí)，木棚支護(hù)易折，而使用金屬支架成本高，易變形。用錨桿、鋼帶、噴漿聯(lián)合支護(hù)，沒有垮落影響使用現(xiàn)象。(2)支護(hù)技術(shù)合理，操作方便，容易掌握，易于搞好施工質(zhì)量。能形成一個(gè)有永久支撐能力的錨固體，能有效地控制巷道圍巖的變形和破壞，有利于安全生產(chǎn)。(3)采用控爆，頂幫震動(dòng)小，頂幫完整，巷道壓力顯現(xiàn)較小。(4)錨桿體積小、重量輕，便于運(yùn)輸減少運(yùn)料工作。(5)基本上沒有維修工作。(6)錨桿、鋼帶、噴漿聯(lián)合支護(hù)的應(yīng)用，簡化了超前支護(hù)工藝，提高了掘進(jìn)巷道單進(jìn)水平和施工工效，做到安全生產(chǎn)、文明生產(chǎn)，降低施工成本，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。4.2錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)4.2.1錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)原理1、錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的概念錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)是煤巷巷道掘進(jìn)過程中的一種主要支護(hù)形式，可以與鋼帶、金屬網(wǎng)、工字鋼梁聯(lián)合使用。合理選擇錨桿參數(shù)及支護(hù)形式，是安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的，能起到提高支護(hù)質(zhì)量和礦山效益、降低成本的作用。錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)是通過圍巖內(nèi)部發(fā)揮其支護(hù)作用的，其實(shí)就是變巷道被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，提高巷道圍巖的自身承載力。隨著巷道圍巖狀況的不同，錨桿與錨索支護(hù)也具有不同的作用機(jī)理。2、分析錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)單根錨桿錨索加固巖體形成錨桿錨索周圍應(yīng)力包，只要錨桿錨索間距、排距適當(dāng)時(shí)，同時(shí)在群錨的作用下應(yīng)力相互疊加，形成巖體內(nèi)承載圈加固帶。對于開掘巷道錨桿錨索支護(hù)，視巖石硬度、完整性、巖體節(jié)理情況、地應(yīng)力、服務(wù)年限及是否受動(dòng)壓影響等因素，而確定錨桿錨索支護(hù)形式，由于偽頂性脆、易碎。直接頂堅(jiān)實(shí)，最常用的是錨桿與錨素、網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)形式。錨桿與錨素、鋼帶抗彎強(qiáng)度小易貼頂承受載荷小，頂板平整時(shí)常用錨桿加固偽頂，錨桿與錨索加固直接頂；錨桿與鋼梁則能承受較大載荷。錨桿桁架是利用拉桿所產(chǎn)生擠壓力減少或消除下位巖層的拉應(yīng)力。形成一種以頂板巖層受壓，拉桿受拉，類似桁架的承載結(jié)構(gòu)，但兩幫圍巖體強(qiáng)度要高，若頂板完整性好，分層厚度又大，應(yīng)該使用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)，利用錨素鋼絞線較長的特點(diǎn)，在圍巖上部形成一個(gè)能防止其上部圍巖松動(dòng)和變形的加固拱，從而保持巷道支護(hù)的穩(wěn)定性。4.2.2錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)實(shí)際效果1、實(shí)踐表明錨桿、錨索、金屬網(wǎng)等構(gòu)件組合形成懸吊作用、組合梁作用和加固作用，使被錨固巖層形成一個(gè)整體承載結(jié)構(gòu)，改變了下部巖層受力狀態(tài)，提高了巖層自身承載能力，有效地控制巷道圍巖的早期離層，減少巷道圍巖變形，提高了巷道支護(hù)的可靠性。2、通過分析比較支護(hù)效果，以及具體施工實(shí)踐表明，采用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，可以加快施工進(jìn)度，并可以有效的控制巷道頂板圍巖的下沉，避免巷道的重復(fù)翻修，圍巖基本趨于穩(wěn)定，完全滿足巷道使用要求，達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果和目的，在技術(shù)上和理論上均切實(shí)可行。3、錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)有支護(hù)效果好、施工快捷、支護(hù)成本低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全可靠性高和作業(yè)環(huán)境好等特點(diǎn)。4、錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)施工工序簡單，工藝成熟，施工方便，易于操作，是一種積極主動(dòng)的支護(hù)方式，應(yīng)該大力推廣和廣泛應(yīng)用。4.3與U型棚聯(lián)合支護(hù)對于高地應(yīng)力軟巖巷道，單一的支護(hù)方式，無論是主動(dòng)支護(hù)中的錨桿、錨索、灃漿，還是被動(dòng)支護(hù)中的金屬支架都不能滿足實(shí)際需要的．將多種支護(hù)形式有機(jī)的聯(lián)合是現(xiàn)場施工人員和研究學(xué)者共同的選擇。將錨桿與金屬支架聯(lián)合的方法很簡單，只需把錨桿的托盤由通常的碟形鋼板換成槽鋼和金屬支架的聯(lián)合體即可，這樣，錨桿對圍巖的作用是通過槽鋼(或工字鋼)作用在金屬支架上，然后再通過金屬支架和被金屬支架約束的鋼筋網(wǎng)作用在圍巖上，槽鋼(或工字鋼)本身與圍巖接觸。由于此處特殊托盤對煤壁的約束范圍遠(yuǎn)較一般托盤大的多，所以對固巖變形的控制效果也較一般托盤好的多。4.4錨注支護(hù)對于節(jié)理和裂隙發(fā)育、斷層破碎帶等圍巖松散、破碎的情況，近幾年來又，開發(fā)了注漿錨桿技術(shù)，即利用錨桿注漿技術(shù)改變圍巖松散破碎結(jié)構(gòu)，提高其粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角和圍巖的整體性，使圍巖為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ)，充分發(fā)揮錨桿對松散破碎巖層的錨固作用。4.4.1漿液特性分析化學(xué)漿材有兩大類，一是水玻璃類化學(xué)注漿材料，二是有機(jī)高分子化學(xué)注漿材料。水玻璃類化學(xué)注漿又分為堿性水玻璃和酸性水玻璃。堿性水玻璃漿材的主要缺點(diǎn)是凝膠體有脫水收縮和腐蝕現(xiàn)象、耐久性較差并對環(huán)境有污染。酸性水玻璃漿材可在中性區(qū)域內(nèi)凝膠，凝膠體沒有堿溶出，不存在堿性水玻璃的腐蝕和環(huán)境污染現(xiàn)象，耐久性較好。高分子化學(xué)注漿材料：此類漿材具有滲透能力強(qiáng)、固結(jié)性能好、抗?jié)B性高和凝膠時(shí)間可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，可以解決水泥漿液無法解決的工程問題，但必須指出的是這類漿液在耐久性及固結(jié)強(qiáng)度上還有待進(jìn)一步研究。高分子化學(xué)注漿材料主要有：木質(zhì)素類漿液、尿醛樹脂類漿液、酚醛樹脂漿液、丙烯酸鹽類漿液、吠哺樹脂類漿液、水溶性聚氨酯漿液、非水溶性聚氨脂漿液、環(huán)氧樹脂類漿液、聚亞胺膠脂類漿液。馬麗散是一種低粘度，由樹脂和催化劑雙組分合成的高分子聚亞胺膠脂材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)：馬麗散的初始粘度低，能很好地滲入細(xì)小的裂縫中；漿液可通過加入一定量的加速劑調(diào)節(jié)反應(yīng)速度；具有極好的粘合能力與地層形成很強(qiáng)的粘合；其良好的柔韌性能承受隨后的地層運(yùn)動(dòng)；。馬麗散注入巖體后保持液體狀態(tài)幾秒鐘，滲透細(xì)小的裂隙，這時(shí)樹脂和催化劑發(fā)生反應(yīng)，生成多元網(wǎng)狀密彈性體，當(dāng)它被高壓推擠，注入到軟弱破碎巖體中，可沿軟弱破碎巖體的空隙和裂縫延展直到將所有空隙裂隙（包括肉眼難以覺察的裂隙及在高壓作用下重新張開的裂隙）充填固結(jié)，從而將破碎圍巖重新膠結(jié)起來而不受流動(dòng)水體影響，從而提高注漿巖體的強(qiáng)度、抗變形能力和完整性。其主要技術(shù)參數(shù)如表4-1所示。表4-1馬麗散產(chǎn)品基本特性序號基本特性單位組成成分樹脂催化劑125℃時(shí)密度g·cm-11.041.23225℃時(shí)粘度MPa·s2002103混合比例體積比114應(yīng)用溫度℃15155初始粘度MPa·s4502506開始反應(yīng)時(shí)間min1~150~257發(fā)泡結(jié)束時(shí)間min2~102~158最終壓力MPa＞15＞159粘合力MPa＞5＞54.4.2施工技術(shù)措施馬麗散化學(xué)漿液注漿施工所需配套設(shè)備材料如表4-2所示。表4-2馬麗散注漿配套設(shè)備材料一覽序號設(shè)備及材料名稱數(shù)量材料來源1小型多功能氣動(dòng)注漿1臺浩珂?zhèn)ゲ?封口器1個(gè)浩珂?zhèn)ゲ?注射槍1把浩珂?zhèn)ゲ?馬麗散樹脂每桶30kg浩珂?zhèn)ゲ?馬麗散催化劑每桶30kg浩珂?zhèn)ゲ┢涫┕すに囘^程為：施工注漿錨桿孔→安裝注漿錨桿→安裝封孔器→用高壓膠管連接注漿泵和注射槍→將兩根吸管分別插入裝有馬麗散樹脂和催化劑的桶內(nèi)→開泵注漿→沖洗機(jī)具→停泵→拆卸注射槍。（1