煤礦巷道錨桿支護有效性的施工影響因素及控制措施

　　錨桿是煤礦巷道經常使用的支護方式之一，也是眾多學者研究的對象，經過多年的研究，錨桿支護設計理論也逐漸趨于成熟，但很多情況下，錨桿理論上的支護效果往往低于實際支護效果，造成一系列的冒頂事故，如2019年1月12日，陜西省神木市百吉煤礦發生井下冒頂事故，造成21人遇難。2018年9月19日，江西煤業集團有限責任公司安源煤礦發生一起冒頂事故，造成2人死亡。2017年1月17日，山西省朔州市中煤擔水溝煤礦4203工作面發生冒頂事故，造成9人死亡。筆者有幸利用假期實踐機會，參與山西某煤礦的巷道掘進工作，現就錨桿施工過程中誘發其支護有效性降低的原因進行分析，為錨桿支護有效性的控制提供參考。
　　1 錨桿支護有效性的施工影響因素
　　1.1 錨桿鉆孔深度控制不合理
　　目前煤礦巷道支護所用錨桿以端錨預應力錨桿為主，錨桿端部一定長度螺紋鋼與圍巖體通過環氧樹脂藥卷錨固在一起，外端施加托盤、螺母，通過預緊螺母給錨桿施加預緊力。在施工錨桿鉆孔時，鉆孔深度的控制對錨固長度的控制至關重要，當鉆孔深度太深時，錨桿端部無法接觸孔底，樹脂藥卷在攪拌時發生“臥底”現象，使錨固段的有效長度縮短，進而降低錨桿的錨固力，降低圍巖的錨固強度;當鉆孔深度太淺時，錨桿外露長度過長，當外露長度超過螺紋段長度后，錨桿螺母就無法預緊安裝，造成錨桿的失效，圍巖強度無法得到保證。
　　1.2 錨桿安裝角度不合理
　　在錨桿支護設計中，每根錨桿都是有其自己獨特的作用，尤其是巷道頂角、底角的傾斜錨桿，在防止頂板的剪切破壞、底板的隆起變形具有重要作用，但由于該類錨桿采用傾斜布置，頂角錨桿與水平面成60°左右的夾角向上安裝，底角錨桿與水平面成30°左右的夾角向下安裝，在錨桿施工中，由于錨桿鉆機重量較大，工人控制其鉆孔角度較難，尤其是底角錨桿的安裝，由于需要斜向下鉆孔，返渣能力降低，鉆進速度較慢，影響巷道施工工期，工人往往私自將錨桿安裝角度調小，使得已安裝的錨桿不能充分發揮其應有的力學性能，威脅巷道頂板的安全。
　　1.3 三徑匹配不合理
　　錨桿支護是一個系統工程，其支護效果往往受到多種因素的共同影響，其中，錨桿直徑、鉆孔直徑、樹脂藥卷直徑這三者的匹配程度就直接決定著錨桿錨固力的大小，合理的匹配要求為：鉆孔直徑大于錨桿直徑4～6mm，錨固劑直徑大于錨桿直徑2～4mm。但在實際工程中，錨固劑的直徑和錨桿的直徑可以控制到匹配程度，但鉆孔的直徑就很難被控制，在巖性好的地段，鉆孔直徑和理論直徑相差很小，但軟巖、破碎帶中，錨桿的鉆孔直徑問問大于鉆頭所鉆出的理論直徑，使得錨桿錨固長度減小，甚至，有些工人為了方便錨桿安裝，直接用更大的鉆頭來打孔，都給煤礦的安全生產帶來了隱患。
　　1.4 樹脂藥卷攪拌不充分
　　錨桿錨固所用樹脂藥卷由不飽和聚酯樹脂、固化劑兩部分組成，安裝過程中，錨桿鉆機帶動錨桿高速轉動，使樹脂藥卷中的各部分充分混合在一起，充分發生化學反應，形成良好的錨固效果，但在實際施工中，為了加快施工速度，往往縮短樹脂藥卷的攪拌時間，從而降低了錨桿與圍巖之間的粘結強度，降低了錨桿的錨固力。
　　1.5 錨桿預緊力控制不足
　　錨桿的主要作用是通過高預緊力對圍巖產生擠壓加固，從而把圍巖的裂隙、節理等軟弱面壓實，一方面增強圍巖抵抗外荷的能力，另一方面增強圍巖弱面之間的摩擦力，從而有效提高錨固巖體的承載能力。在錨桿預緊力施加時，通過擰螺母給錨桿施加預緊軸力，寧螺母的扭矩大小直接決定著錨桿預緊軸力的大小，實際施工時，工人為了降低勞動強度，只將螺母稍微擰緊，錨桿預緊力遠遠小于設計需要，限制了錨桿支護作用的發揮。
　　2 錨桿支護有效性的施工控制措施
　　為了提高錨桿支護的有效性，礦方經過研究，采取以下措施：
　　（1）針對錨桿鉆孔深度控制問題，給每個施工隊伍配備特制的鉆桿，該種鉆桿在相應位置上焊接環狀鋼筋作為鉆孔深度的標記，在井下鉆進施工時，工人只需將標記處鉆進到圍巖表面即可，即保證了鉆孔深度，也降低了工人憑借經驗判斷深度的負擔。
　　（2）針對錨桿安裝角度的控制問題，礦方相關人員和筆者共同設計了井下簡易錨桿鉆機支架，將錨桿鉆機固定在支架上，通過調節支架的旋轉軸，來實現各種角度錨桿鉆孔的施工，降低了工人勞動強度，保證了錨桿的安裝角度。
　　（3）針對三徑匹配問題，礦方給每個施工隊伍配備的專業的技術人員，根據不同的地質情況，及時調整鉆頭的大小，同時，也對工人的施工起到了較好的監督作用。
　　（4）針對樹脂藥卷攪拌不充分的問題，通過召開全礦掘進安全會議，講解樹脂藥卷攪拌不充分帶來的問題，使每個施工人員從內心深處認識到錨桿樹脂藥卷攪拌充分的重要性。
　　（5）針對錨桿預緊力控制不足的問題，礦方給每個施工隊伍配備了先進的扭矩扳手和扭矩放大器，使工人施加較小力，即可獲得較大的預緊扭矩，降低了工人的勞動強度，提高了施工質量。
　　一個良好的工程需要良好的設計和良好施工的共同配合，錨桿支護作為我國煤礦應用最多的一種的支護形式，其支護有效性直接決定了眾多礦區巷道的安全，本文主要從施工方面分析影響錨桿支護有效性的常見因素，并配合所在礦區，制訂了錨桿支護有效性的施工控制措施，并將該措施嚴格執行，取得了良好的效果。