贵州省黔南州福泉市哈麻冲煤业有限公司哈麻冲煤矿 贵州黔南 550504
摘要：煤矿巷道支护是保证煤矿安全生产的重要举措。预应力锚杆支护技术是当前我国煤矿应用较为广泛的支护技术。本次从煤矿预应力锚杆支护技术作用机理入手，对其发展历程进行了介绍。并联系工程实例，对煤矿预应力锚杆支护技术应用要点进行了归纳，以加强对煤矿预应力锚杆支护技术的认识，为实践工作组织开展提供有益指导，促进技术应用效果有效提升。
关键词：预应力锚杆支护技术；煤矿巷道；支护结构
引言
煤矿资源是推动经济建设，促进社会发展的重要资源，随着煤矿资源需求量、使用量的不断增加，煤矿开采强度不断提高。在此背景下，煤矿开采深度日渐增加，煤矿开采环境日益复杂，对煤矿巷道支护提出了更高要求。如何在提高煤矿巷道支护质量的基础上，节约成本，加强维护，成为煤矿企业以及相关工作人员关注与思考的重点问题。预应力锚杆支护作为一种安全、经济、有效支护方式，逐渐成为煤矿首选巷道支护方式。以下则是对煤矿预应力锚杆支护技术发展与应用的探究，以供参考。
1煤矿预应力锚杆支护技术的发展分析
1.1预应力锚杆支护技术作用机理
预应力锚杆支护是锚杆支护体系中的重要组成部分，是根据煤矿巷道围岩情况，以提高围岩结构面强度，增强围岩抗剪能力，保证围岩完整性等为目的形成的具有较强安全性可靠性、经济性的锚杆支护技术。通常情况下，预应力锚杆支护技术能够在锚固区构架具有较强刚度的预应力承载结构，用以控制围岩滑动、围岩裂纹等问题的产生，实现煤矿巷道围岩完整性有效保护；预应力锚杆支护技术能够通过锚杆、锚索、钢带等支护系统组成构件，将预应力有效扩散，使围堰更具稳定性，达到预应力锚杆支护效果进一步提升的目的；预应力锚杆支护技术一方面可使锚杆支护系统与煤矿巷道深层围岩有机结合，发挥承载力协同作用，实现对煤矿围岩、煤矿巷道的被动支护；另一方面可在锚杆、锚索等协同作用下，形成受力网，实现对煤矿巷道、煤矿围岩的主动支护，消除危险因素对煤矿巷道的不利影响[1]。
1.2预应力锚杆支护技术发展历程
锚杆支护技术在我国煤矿巷道中的应用，最早可追溯到20世纪六十年代，属于锚喷支护（锚杆+喷射混凝土面板）[2]。由于早期煤矿开采环境简单，采煤深度有限，锚喷支护能够满足煤矿安全生产需求。但随着煤矿资源使用量、需求量的不断增加，煤矿开采强度提高，采煤工作面发生改变，通过煤矿巷道逐渐向下延伸，传统低强度锚杆支护已经无法满足实际需求。为保证煤矿安全生产，煤矿企业以及相关工作人员加大了对煤矿巷道支护技术的研究力度，锚杆支护逐渐由低强度发展为高强度、高预应力支护。出现了机械锚固锚杆支护、钢丝绳砂浆锚杆支护、胀管式锚杆支护、水泥锚杆支护、螺纹钢锚杆支护、树脂锚杆支护等多种锚杆支护类型。自煤矿锚杆支护技术成为我国重点科技工科项目以来，我国锚杆支护技术得到迅速发展，形成具有自身特色的煤矿巷道锚杆支护技术体系，并在国有重点煤矿巷道支护中得到广泛应用，大幅度提高了煤矿巷道掘进质量与效率，为煤矿安全生产增添了保障。目前，部分煤矿锚杆支护率已经达到100%，绝大多数大中型煤矿超过60%。
2煤矿预应力锚杆支护技术的应用分析
为进一步加深对煤矿预应力锚杆支护技术的认识，以织金县中寨乡宏达煤矿为例，对预应力锚杆支护技术应用要点进行了归纳与总结。
2.1煤矿简介
织金县中寨乡宏达煤矿位于织金县中寨乡中寨村，目前共有井下一个采面，一个备用采煤工作面，以及两个掘进工作面。宏达煤矿基本信息如表1所示。
表1 织金县中寨乡宏达煤矿基本信息
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2.2应用要点
2.2.1科学选择支护材料
科学选择预应力锚杆支护材料对锚杆支护技术应用效果提升存在积极影响。在实践操作中，预应力锚杆支护技术涉及到的材料相对较多，包括锚杆杆体、锚索、螺母、托板等。且多数实践研究表示，锚杆预应力除受杆体强度影响外，也受螺母预紧力矩、减摩垫片减摩效果等因素影响。因此，为保证所构建预应力锚杆支护系统能够满足煤矿安全生产需求，应做好材料管理工作，保证材料应用的科学、合理与有效。例如，在锚杆选择时，应保证杆体在高预应力条件下能够正常使用。宏达煤矿根据锚杆预应力设计要求，确定锚杆以高强度锚杆螺纹钢筋为主，锚杆公称直径16~25mm，屈服强度为500~600MPa，抗拉强度为650~800MPa，延伸率为20~25%，冲击吸收功为50~80J。从整体层面来看，锚杆的强度、延伸率、冲击韧性均较强。与此同时，为保证预应力施加便利，对锚杆尾部螺纹进行了精细化设计与加工，实现了螺母扭矩转换系数的提高与摩擦系数的降低；根据锚杆情况，选取与之相匹配的托板、垫圈，为获取良好组合应力，适当对其形状、尺寸进行调整。又如，在锚索选择时，对不同材质锚索性能进行了对比分析，最终确定锚索索体直径为25~30mm，锚索破断力≥600kN，锚索钢丝数≥19，索体延伸了≮7%。护表构件力学性能与锚索力学性能相匹配，便于预应力扩散。
2.2.2合理运用支护工具
锚杆支护工具的科学选择与合理应用，能够在一定程度上提升锚杆与锚索预应力水平。例如，大扭矩锚杆钻机，如EBM340掘锚机组、ABM20掘锚机组、八臂全液压锚杆锚索钻车等，扭矩均在250N·m以上，可满足预应力锚杆支护技术应用对螺母拧紧力矩提高的要求。又如，根据实际情况，在锚杆钻机上配置适宜扭矩倍增器，提高螺母拧紧力矩；在锚索施工过程中，根据锚索特征，选择形式、规格均适宜的操作工具（包括液压切断器、张拉千斤顶、电动式油泵、气动式油泵等）施加预应力，改善锚索支护。
2.2.3加强支护形式创新
支护形式不同，预应力锚杆支护效果也不同。随着近些年预应力锚杆支护技术研究的不断深入，支护形式呈现出多样化发展态势。“预应力锚杆支护”、“预应力锚杆+锚索支护”、“锚杆+锚索+注浆支护”等在实践中均有体现。围岩完整，岩石巷道条件相对较好时，多应用预应力锚杆支护方式操作；全煤巷道、软岩巷道、受动压影响较大巷道，多应用“预应力锚杆+锚索支护”、“全预应力锚索支护”等方式操作，以提高围岩与巷道支护结构稳定性，满足煤矿巷道支护需求。宏达煤矿根据自身实际情况，结合回风巷掘进需求，采用了全预应力锚杆与锚索组合支护形式进行煤矿巷道支护。
结论
总而言之，为满足煤矿安全生产对巷道支护的需求，煤矿巷道支护技术迅速发展，锚杆支护逐渐从低强度发展为高强度、高预应力支护，其安全性、可靠性、经济性大幅度提升，成为当前煤矿开采应用较为广泛的支护技术。在煤矿预应力锚杆支护技术应用过程中，应结合实际情况，科学选择支护材料、支护方式、支护形式，注重技术升级与创新，以保证其作用的最大化发挥，进一步提升煤矿生产安全水平。
参考文献
[1]卿春华.煤矿预应力锚杆支护技术的发展与应用[J].冶金与材料,2019,39(06):116-117.
[2]刘德军,左建平,刘海雁,等.我国煤矿巷道支护理论及技术的现状与发展趋势[J].矿业科学学报,2020,5(01):22-33.