回采巷道中的锚杆支护

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【摘　要】介绍锚杆支护的作用机理及回采巷道锚杆支护设计，并对支护效果进行了评价。

【关键词】回采巷道；锚杆支护；评价

0.引言

为保证采区回采巷道的稳定性的总体效果最佳，在设计采区巷道布置时，应从选择巷道的位置开始，到是否采用其它巷道保护措施，以至采用何种修复措施和加固手段等进行全面考虑。也就是说以巷道保护、巷道支护和巷道维护这三者的总费用最低作为最终考虑目标。对巷道的设计，掘进、支护、正式使用以及报废的全过程都应采用巷道矿山压力全过程控制和综合治理的观念全面考虑。锚杆支护的总体思想是如何利用锚杆支护最大限度地提高围岩的自身承载能力及稳定性，使围岩与支护系统共同维护井下巷道的稳定。但在现场实际工作中，尚存在对锚杆作用原理认识不足，设计依据缺乏，综合治理观念差，锚杆安装质量存在问题，管理不规范等现象。

1.锚杆支护作用机理

锚杆的作用机理在宏观上已有较明确的定论，即悬吊作用、加固作用与组合作用。悬吊作用易被人们形象的接受，实质上按悬吊作用设计锚杆支护参数是一种安全性较高但不够经济的设计方法。组合作用难被人们形象的接受，但按该原理设计锚杆支护参数是一种能够满足安全要求且较经济的设计方法。在实际工程中，有时二人作用同时存在，有时只是某一因素起决定性作用，或某一因素起主要作用，其它因素起次要作用。

目前，锚杆作用本质的论述尚不够明确。研究表明，锚杆的作用本质在于通过锚杆的预紧力改变围岩的应力状态，提高围岩的刚度，增强岩层层面间的力学联系，提高围岩的自身承载能力。锚杆与围岩共同作用构成承载结构，促使围岩由支护对象和载荷源向承载结构内的承载主体的转变，实现岩层由“松散系统”向“整体系统”、由“迭合状态”向“组合状态”的转化。

2.层状复合岩层回采巷道锚杆支护设计

2.1设计原则

2.1.1整体开掘

回采巷道的开掘以不轻易破坏顶板的完整性为原则，由于层状复合岩层节理裂隙发育、强度小、且层间力学联系弱，该原则就显得尤为突出。为此，在巷道断面设计时就应尽量避免破坏顶板岩层的完整性，创造良好的围岩状态。

2.1.2共同作用

岩层不论状态如何、破断与否，均具有一定的强度和自身承载能力。如何使锚杆与围岩共同作用组成一个有机的承载结构，共同维护围岩的稳定，是锚杆支护的又一基本原则。

2.1.3综合支护

综合支护包括两方面的含义。一是对顶板的支与护的有机结合：二是顶与帮的综合维护，顶板支护是主体，两帮支护是保证。有时两者主次互为转换。

2.1.4及时控制

巷道开掘后，围岩的变形是必然的。过度的变形将导致围岩结构性破坏，使岩层完全丧失自身承载能力。为此，支护必须有时间性，即及时支护原则。同时，也要求支护具有足够的预紧力，即主动支护原则，从而提高围岩的刚度。另外，必须保证支护的有效性及可靠性。

2.2基本条件

七台河新建矿现开采水平埋藏深度为400-500m，可采煤层两层，倾角3-13°，两个煤层直接顶均为泥质胶结，层节理发育。夹煤线的复合顶，为三类顶板，属中等稳定顶板，厚度在1.2—6.5m之间，其顶板破碎，属处高应力区、易风化围岩，遇水膨胀。老顶为16m厚的粗砂岩。该矿区域水平应力较大，经实践围岩变形量级别大，且底鼓严重。设计巷道为N2703运输顺槽，巷道断面为梯形，断面尺寸为4700×3000mm。

2.3锚杆支护没计

根据分析及计算并结合现场工程调研确定支护方案为锚杆与锚索联合支护：

(1)锚杆刚度及材质：采用屈服强度≥400MPa，延伸率≥20‰的螺纹纲。

(2)锚杆直径：φ=18mm。

(3)锚杆长度：L=1600mm：辅助长锚杆长度：L=2800mm。

(4)锚杆密度：间距为850mm，排距为900mm。

(5)锚杆布置方式：要用五花型布置。

(6)锚杆锚同力：顶板T0≥100kN；两帮T0≥50kN。

(7)锚杆预紧力：顶板T0≥30kN：两帮T0≥15kN。

(8)两帮支护：采用L二1600mm的同径锚杆。

(9)可缩结构：由于锚杆伸率不满足要求，故锚杆加垫规格为200mm×l50mm×50mm的硬杂木托盘。

3.评价

3.1支护效果评价

围岩变形剧烈期大约为5～7d(一般该时期围岩变形量可达总变形量的70％以上)，之后就趋于稳定变形阶段。经观测一个月内，围岩变形量最大值为500mm，一般均不超过260mm。就该项指标评价，巷道支护状态属较稳定状态。

围岩变形规律与顶板变形规律相同，但不同点为剧烈活动期后，围岩变形仍未趋于稳定变形阶段，变形梯度仍较大，最大变形时已达1100mm以上，尚在继续变化。

与顶板变形规律相同，锚杆载荷剧烈增载期为5-7d，而后基本趋于不增载的稳定阶段。由该项指标可知，巷道顶板岩层在一周内已达到稳定状态，取得了重新应力平衡。这说明锚杆支护达到了满意的效果。

与原方案相比，顶板围岩变形量有明显减少(原方案顶板变形量大于1000mm)，说明对围岩变形的控制得到了加强。

顶板围岩完整性得到明显加强，说明锚杆支护的作用得到了较好的发挥。锚杆受力状态得到了较大改善，锚杆超载率明显降低，锚杆支护效率提高。

3.2经济评价

原方案采用直径为22mm，长度为2400mm的锚杆，排距为900mm，间距为850mm，两帮锚杆直径为20mm，长度为1600mm，排距为900mm，间距为900mm，特种支护采和5300mm的锚索，密度为2根／m，采用钢带与金属网联合护顶。巷道支护材料成本为1001.4元／m。

新方案巷道支护材料成本为629.2元／m，节约支护材料成本372.2元／m。经济效益明显提高，与原方案相比，节约材料费用37％以上，尚未计算原方案的二次维修费用。否则节约比例还将有较大比例的提高。