煤层巷道锚杆锚索联合支护技术研究

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摘要：煤巷是在煤矿井下建设中掘进量最大的巷道。本文对锚杆锚索联合支护技术在煤巷中的作用机理进行了研究，并在煤层巷道中进行锚杆锚索设计，实践证明，锚杆与锚索联合支护技术，能够取得显著效果，为其它条件下锚杆与锚索联合支护参数设计提供参考。

关键词：锚索支护；联合支护；支护机理；支护设计

中图分类号：TD35文献标识码： A 文章编号：

0引言

巷道支护技术是煤炭开采中的一项关键技术，安全、合理、有效的巷道支护是保证矿井高产、高效的必要条件。近年来，回采巷道锚杆支护技术发展极为迅速，与棚式支架支护相比，锚杆支护显著提高了支护效果，降低了支护成本，十分有利于采煤工作面的快速推进，实现矿井的高产高效。虽然锚杆支护应用十分广泛，但仍然局限于围岩较稳定的巷道，并且比较重视围岩分类的研究，作为巷道支护选择的依据。本文探讨了锚杆锚索联合支护在煤层巷道中的应用，阐述了锚杆锚索联合支护机理，对锚杆锚索支护间的协调性进行了分析，并结合工程实践，对工作面回采巷道进行了锚杆锚索联合支护设计的研究。

1锚杆锚索联合支护机理

锚杆锚索联合支护的前提是锚索的延伸量大于围岩达到稳定时的变形量。当围岩的稳定性较好时，可以通过选择合理的锚杆参数和支护方式，单独使用锚杆支护就能保持围岩的稳定，但当巷道顶板较差或涌水量大时，单独采用锚杆支护加固作用非常小，支护体的承载能力较低，可能在顶板开始下降时就发生冒顶，这种情况采用锚杆锚索联合支护，能够保证巷道的稳定性。

采用锚索锚杆联合支护可以增加巷道挖掘空间，加大锚杆的间排距，减少锚杆的用量，提高掘进速度，降低掘进成本，具有巨大的发展空间和良好的发展前景。

2锚杆与锚索协调支护分析

锚杆与锚索联合支护解决了大量的煤巷支护技术难题，并成为解决复杂条件的基本形式。但从国内的使用效果来看，尚存在一些问题：

1）煤矿常用的锚索是由低松弛钢绞线制成，其延伸率只有3.5%，而锚杆的延伸率在20%左右。相比而言，锚索的刚性较大，抗变形性能差，和锚杆承载不同步，易超前锚杆集中受力，锚索过高的预拉力必将进一步加剧锚杆与锚索的不同步现象，导致各个击破；

2）锚索与围岩点接触，软弱岩体受点载荷时，顶板强化效果不明显。

由上述分析可以看出，若要实现锚杆与锚索协调支护，正确设计锚索预紧力至关重要。若锚索预紧力过大，则围岩的变形全部由锚索支撑；若锚索预紧力过小，则锚索的悬吊作用不明显，一旦锚杆不能有效的支撑围岩，则围岩的过大变形不可避免。

3回采巷道锚杆锚索支护设计

某矿二采区煤层为一单斜构造，地层倾向北东，地层倾角变化较大在6~26°之间，平均16°。煤层结构简单，总厚度4.8~6.27米，平均厚度5.69米，上风巷取芯煤层直接顶砂质泥岩，厚2.2米，较松软，易破碎；老顶为中砂岩，厚10.9米，层理发育，硬度较大；直接底为泥岩，厚1.6米，松软易脱层掉落。

顺槽巷道断面尺寸：4.2m×3.3m。顶板为6根锚杆，间距800mm，锚杆排距参照间距确定为800mm。支护技术方案如图1所示，其具体支护参数为：

1）顶板支护

使用左旋螺纹钢高强锚杆，规格为22mm×2400mm。加长树脂锚固，钻孔直径为28mm，药卷规格为1卷K2350，1卷Z2350，锚固长度1.76m，顶板配以W钢带梁和金属网作为辅助支护，W钢带规格为(宽×厚×高)(150~200)mm×4.0mm×23mm，长度为4200mm，上有6个锚孔，锚孔间距等于锚杆间距，金属网采用8#铅丝编制的经纬金属网，规格为4400mm×1100mm。

顶板锚索：7股高强度低松弛钢绞线制，直径17.8mm，长7.2m，有效长度7.0m，排距1.6m。锚索之间用16~20号槽钢连接，槽钢长度只要大于锚索间距两侧各300mm即可，即为2800mm，锚索采用4卷Z2350树脂锚固剂锚固，顶锚索施工时均需垫加长宽合适的木托盘，以增加锚索的延伸率，木托盘尺寸400mm×400mm，采用直径14mm的圆钢焊制的钢筋梯子梁，再配以大铁托盘。

2)巷帮支护

巷道上帮5根锚杆，下帮4根锚杆，间距为850mm，锚杆排距参照间距确定800mm。

两帮：左旋螺纹钢高强锚杆，规格为20mmx2400mm，钻孔直径为28mm，加长锚固，每孔2个Z2350树脂药卷，选用金属网和W钢带梁护帮，其材料和规格均与顶板相同，上帮W钢带长3700mm，金属网尺寸为3700mm×1100mm；下帮W钢带长2900mm，金属网尺寸为2099mm×1100mm。

帮锚索：采用7股高强度低松弛钢绞线制，直径17.8mm，长6.0m，有效长度5.5m。排距3.2m，锚索之间用16~20号槽钢连接，槽钢长度只要大于锚索间距两侧各300mm即可，即上帮为2300mm，下帮为1700mm，锚索采用4卷Z2350树脂锚固剂锚固，锚固长度理论计算2.26m，在锚索锚固端2.2m处施加挡圈。

锚杆支护

(b)锚索加强支护

图1 工作面回采巷道支护技术方案

4结论

在实际中，锚杆锚索联合支护能否满足锚杆和锚索的联合支护作用主要取决于是否采用了合理的支护参数，这要求将锚索的力学特性和锚杆支护体的特性有机的结合在一起进行设计。随着煤矿开采深度的增加以及巷道断面的增大，原有棚式支护以及普通锚杆支护方式已经滞后于煤矿生产高产高效的需要，锚索锚杆联合支护技术的优势将得到进一步的体现，具有良好的应用前景。

参考文献：

［1］ 王德民,马魁,刘昊. 煤巷锚杆支护在铁法矿区的应用与创新［J］.煤矿安全，2008(7)：96-97.

［2］ 伍昌俊,张黔峰,万元云. 综放大断面三软煤巷锚杆支护技术［J］. 矿山压力与顶板管理，2003(2)：23-26.

作者简介：张德朋，1984年5月，男，安徽利辛人，本科学历，现工作于淮南矿业集团潘北矿，助理工程师。