淺談錨桿支護在深部礦井回風平巷支護中的應用

　　我國是煤炭資源大國，煤層賦存條件、地質構造復雜，絕大多數礦井采用井工開采。巷道作為服務于地下煤礦開采的生命線，保持其暢通、穩定的狀態，對改善礦井的生產作業條件和提高煤炭產能以及防止巷道頂板冒落事故，保證礦井高產高效的安全生產具有重要意義。
　　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，同時還可以節約大量的支護和維修費用。錨桿支護在礦井建設效能上減輕了礦工的勞動強度，在改善井下開采環境同時提高了產能，為建設高產高效礦井創造了條件。
　　 1.深部礦井回風平巷圍巖的變形規律
　　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，一大批礦區不得不轉入深部開采[1，2]。深部復雜的地質條件和力學環境， 致使煤層出現了高地壓、大變形、難支護現象，如何控制巷道圍巖穩定性已成為困擾煤礦安全生產建設的重要難題。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力條件和水的作用下會很容易擴展、連通，致使巷道發生較大范圍的變形、甚至破壞。而未受采動的圍巖體，在回風平巷開掘前通常處于彈性變形狀態，巖體的原始鉛直應力等于上覆巖層重量，當回風平巷在煤層中掘進，巷道開挖的初期階段，由于原巖應力重新分布，掘巷產生的應力集中將引起巷道兩幫變形，在巷道頂部冒漏頂現象嚴重，破碎區段巷道變形更為嚴重。
　　深部礦井回風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定后的圍巖流變組成。當巷道處于掘進中，必然發生的圍巖變形量大小取決于圍巖的原始應力，巖性，巷道支護形式，支護強度和巷道尺寸。當巷道掘進趨于穩定時，圍巖因流變性也將發生較小變形。回采工作面后因超前移動支承壓力，巷道圍巖應力再次重新分布，塑性變形區擴大同時圍巖變形量也急劇增大，直至趨于穩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維護圍巖穩定的桿體，改變圍巖自身力學環境，把破碎的巖石限制在深部巖體上，提高圍巖強度，從而形成穩固的錨桿支護系統，達到控制圍巖整體失穩的目的。錨桿支護不但可以改善圍巖受力狀態，提高巖體的承載能力，而且節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量高效能的一次成巷支護技術。
　　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部較堅硬，穩定的巖層中，以增強巖層的穩定性。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，當用于錨固巷道幫、底以及無法懸吊的堅硬穩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。當巷道頂板出現下沉和離層時，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生相對滑動，從而將巷道頂板錨固范圍內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中安裝預應力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力，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。在承壓拱內的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應力狀態，在圍巖中形成一個均勻壓縮的連續承壓區，其圍巖強度得到提高，支撐能力也相應加大。因此，錨桿支護的關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不同地質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.深部礦井回風平巷錨桿支護方案設計
　　深部礦井回風平巷因復雜的地質條件，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等隱患，我們多采取錨桿支護的方式處理。回風平巷的支護方式不能是單一化的，也不是一次支護完成的，必須采用聯合支護的方式解決巷道支護難的問題。
　　（1）若回風平巷服務期限長，巖層不穩定，破碎及風化非常嚴重，節理發育明顯，伴有裂隙水，建議采取錨桿、金屬網、可伸縮性支架、錨索四者聯合的支護方式。
　　（2）若回風平巷服務期限較長，巖層穩定性較差，破碎及風化較嚴重，節理發育較明顯，伴有裂隙水，建議采取錨桿、鋼筋梯梁、金屬網（或錨索）三者聯合的支護方式。
　　（3）若回風平巷服務期限較長，巖層穩定性較差，破碎及風化較嚴重，節理發育較明顯，伴有裂隙水，建議采取錨桿、鋼筋梯梁、金屬網（或錨索）三者聯合的支護方式。
　　（4）若回風平巷服務期限短，巖層穩定性處于較好，無明顯破碎，風化較弱，有小斷層，建議采取錨桿、鋼筋梯梁二者聯合的支護方式，視巖層情況可增加金屬網（或錨索）。
　　（5）若回風平巷剛剛服務不久，巖層穩定性好且堅硬完整，無破碎和風化現象，建議采取單體錨桿的支護方式，視巖層情況可增加金屬網。
　　 結論
　　深部礦井回風平巷圍巖的支護要充分考慮井下地質條件及生產條件，設計不同的錨桿支護方案。服務期限較長的巷道要及時封閉圍巖，多采用錨網噴支護，對于以松碎為主的巷道多選用錨網索支護。通過采用以上完整的、符合要求的錨桿支護系統，深部礦井回風平巷頂板將穩定可靠,產生裂隙少,安全性高,應力集中少, 為建設高產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略保障。