锚杆(锚索)在煤矿巷道支护中的应用

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【摘要】随着煤矿开挖深度的不断增加，巷道支护面临着重大问题，本文从锚杆锚索支护的作用原理、当前煤矿巷道支护现状与存在的问题，以及锚杆与锚索联合支护的分析这三个方面对锚杆锚索在煤矿巷道支护中的应用进行阐述。

【关键词】锚杆；煤矿；巷道；支护

中图分类号：U455 文献标识码：A

一、前言

随着经济的发展，煤作为主要的能源面临的需求也越来越大，煤矿作为生产煤炭的主体行业也面临着向深部开发的问题，随着开挖深部的增加，巷道的支护面临诸多困难，为了提高支护强度，提高安全性，我们需要对锚杆支护在煤矿内部的应用进行分析。

二、锚杆锚索支护的作用原理

锚杆锚索是直接作用在巷道围岩的岩石内部，不同于以往的木支护以及工字钢支护，用通俗的语言来说，就是从过去的在围岩外部的被动支护变为围岩内部的主动支护，这样可以减少巷道变形，提高支护的承载力。由于巷道围岩的地质条件不同，锚杆锚索支护的形式也有相应的变化，使得作用机理也各不相同。现如今主流的的锚杆支护原理主要有以下几种：悬吊理论、组合梁(拱)理论、锚杆桁架支护理论等。

悬吊理论适用于老顶较为稳定的岩层中，将锚杆与老顶通过树脂胶进行相连接，从而将直接顶悬吊起来对巷道进行支护；组合梁(拱)理论主要是通过将各个锚杆应力作用区相连接进而形成稳定的拱，提高巷道的支护强度。在利用锚杆锚索支护时，由于锚杆锚索支护的作用强度以及刚度均大于围岩的变形值，同时在支护时改变围岩的应力状态，同时通过加强对裂隙以及破碎岩石的挤压，增加锚杆的抗剪强度，从而增大围岩自身的承载能力。

例如进行平巷掘进，在平巷掘进之后，由于直接顶缺乏支撑，将会发生沉降变形，此时可以通过锚杆锚索以及托盘将直接顶悬吊起来，将直接顶的变形值转化为锚杆对老顶的拉力，提高直接顶的稳定性，使得岩层可以形成稳定的结构。锚杆锚索的支护作用效果比较的复杂，不能简简单单的用一个理论进行解释，尤其是在锚杆锚索对围岩岩石的加固作用效果上，其主要表现为以下几个方面：

锚杆锚索通过树脂胶等胶体与岩层进行稳定的连接，提高了岩层的抗拉强度，将岩层变为一个整体。

通过锚杆锚索与稳定岩层相连，可以将不稳定岩层悬吊起来，增加对不稳定的支护作用效果。

由于锚杆锚索可以起到一定的抗剪作用，可以减少岩层离层的发生，增加岩层之间的摩擦力，使得岩层形成组合梁，提高了岩层的稳定性。

锚杆锚索作用在岩层中，可以改变岩层的受力状态，提高围岩岩层自身的承载能力，促进围岩岩石与锚杆锚索共同作用。

三、当前煤矿巷道支护现状与存在的问题

1.锚杆支护技术发展状况

就目前看来,我国的不少煤矿开采的深度已达到1000余米之上,不仅仅开采深度大,而且地质构造及其复杂,存在矿井灾害发生的可能性,给煤矿的开采带来了很大的困难。但在不断地技术改革和大量的资金投入,新型的技术和材料被应用到巷道支护中,为煤矿巷道支护技术提供了很大的保障。目前,就应用范围而言,锚杆支护技术已经由稳定的岩层、静压巷道、全岩巷道发展到了松软破碎岩层、动压巷道、采区煤巷；就锚杆的种类而言,也有了很大的改善,从木锚杆发展到了多种多样的金属锚杆，例如高强预应力螺纹钢锚杆；就支护形式而言,锚杆支护的形式由单一的锚杆支护发展到现在的锚网带及锚索等多种方式联合支护。这都大大推动了锚杆支护技术的发展,使得锚杆支护达到了97.15%的应用率。

2.锚杆支护存在的问题

虽然煤矿公司在巷道支护方面投入了很大的支持,但巷道支护技术仍存在很大的问题。其主要表现可概括为以下几点:

(1)随着矿井深度的不断增加和地质构造复杂性的增加,使得巷道的压力也越来越大。复杂的地质条件极可能留下煤柱、采区煤柱、断层构造带煤柱造成应力集中,就会增加煤矿巷道的支护难度,由于开采的进行锚杆从托盘拉断或者跟随煤体移动,也都会造成巷道的支护困难。

(2)当前的深部巷道围岩破坏机理仍然存在很大的问题,需要更多的理论研究来支持和完善相应的控制工作。

(3)当前仍然采用工程比拟法来对巷道的各个参数进行指导,没有形成一个科学严谨的计算机动态辅助系统和巷道支护合理性评价系统来支撑锚杆支护工作,也就无法保证巷道的最佳效果和煤矿的安全经济效益。

(4)软岩破碎带等地点锚网喷二次支护理论无法在深部动压影响区、构造压力带、软岩破碎带等特殊条件下使用,仍需进一步研究。

(5)当前使用的支护材料普遍采用螺距较大、锁紧力低的全螺纹锚杆,并且经受到大震动(如:放炮)后易出现松动的情况,还有其他一些材料和器械都不适应煤矿深部的巷道条件,无法满足所需的支护条件。

四、锚杆与锚索联合支护的分析

1.锚杆与锚索联合支护。一些综放工作面其顶扳抗压强度较低，受压后易冒落，所以用—般悬吊理论(将顶板悬吊于直接顶)所设计的锚杆往往较长(2．5m 以上)而失去实际意义。由于锚杆支护的作用长度的限制，如果需要的锚杆长度较长时，应当采用锚索支护以弥补锚杆不足的情况，这样承载能力较强。由于锚索可以弯曲，所以可以运用到锚杆孔较深的岩石支护中。将巷道开挖后，裂缝与围岩扩张所产生的碎胀力作为支护的主要对象，围岩状态不同，松动圈的大小也不同。如果锚杆支护作用形成的压缩圈厚度小于松动圈的厚度时，锚杆的悬吊作用将会减少，造成顶板的垮落，此时，如果采用锚杆锚索支护可以提高作用范围，减少直接顶的垮落，提高直接顶的承载能力，这样形成的压缩圈的厚度也较大，在较大预应力的作用下，把上部稳定岩层和下部组成的岩层梁再组合在—起，每根锚索周围形成的压缩区域彼此重叠，在复合顶板中形成—个厚度更大的均匀连续压缩带，各岩层面互相挤压层，而摩擦大大增加，使复合顶板形成拱粱，从而有效的提高了顶板的整体性、稳定性，加强了顶板的自承能力。

2.施工技术要求

在进行巷道支护施工时主要有以下几个要求：第一，在进行巷道掘进时，应当采用光面爆破的方式进行开挖，这也可以减少支护时对巷道断面的维护量，为支护创造比较有利的条件。第二，在进行锚杆锚索支护之前应当采用前探梁进行临时支护。第三，在进行锚杆孔钻探时，应当确保钻探角度以及深度，确保支护的作用效果。第四，及时的处理锚杆孔内的粉尘，以及孔壁上的煤粉。第五，安装锚杆时，应当用锚杆机将锚杆与树脂胶卷进行充分搅拌，以保证锚杆与岩层进行充分的粘结，达到锚固的效果。第六，在锚杆底部应当安装托盘，并且托盘应当与岩层进行紧密的接触。第七，在进行锚杆支护时，应当采用专门的拉杆将支架形成一个整体，增加支架结构的稳定性。

3.联合支护效果和经济分析情况

如果单纯的采用锚杆支护，这样支护所花费的成本较高，同时施工时工人的劳动强度比较高，施工工艺比较复杂，支护效率比较低，而采用锚杆锚索联合支护可以很好的解决这些问题。根据以往的数据进行分析，采用锚杆锚索联合支护，相比于简单的支护，花费的费用较少，如果支护的范围越广，节省的费用就比较的多，这样还可以提高支护的安全系数。同时，还可以减少巷道通风阻力系数，减少通风的费用消耗，明显的改善工人的工作环境。在这里强调下高强螺纹钢锚杆的支护，因为强力锚杆材料费用高，施工难度较大，所以根据经验建议利用高强锚杆并结合强力锚杆支护中的加长锚固、球形垫、尼龙垫、锚杆预紧力较高的特点进行支护。

五、结语

综合上述介绍以及比较，我们可以看出，锚杆锚索支护在煤矿巷道支护中占有着较大的优势，经过实践数据也可以证实，锚杆锚索支护具有着施工操作方便，支护强度高，支护作用范围广的特点，减少巷道返修次数和难度，提高了巷道围岩的稳定性，完全可以满足巷道的支护需求，具有较高的可靠性以及经济性。

参考文献

[1]田忠宝 锚杆在煤矿巷道支护中的应用 [J] 《黑龙江科技信息》 -2013年1期-

[2]康红普，王金华，林健 煤矿巷道锚杆支护应用实例分析 [J] 《岩石力学与工程学报》 ISTIC EI PKU -2010年4期-

[3]李进朋，何善义 锚杆在煤矿巷道支护中的应用 [J] 《硅谷》 -2012年5期

【作者简介】

王正军 1977年2月出生男河北邯郸人助理工程师2006年毕业于河北工程大学矿山建设专业，现就职于中煤第五建设公司第三十一工程处，主要从事矿山建设技术工作。