加长全程锚杆巷道顶板支护技术优化实践
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇加长全程锚杆巷道顶板支护技术优化实践范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘 要】双河煤矿矿井随着采深逐年增加，新区3#层断面大、顶板伴随有压力大及构造发育等复杂地质条件，决定了巷道支护的复杂性和特殊性。对常规支护技术进行了优化，提出在巷道的顶板支护过程中适时使用2.4m长直径为Ф22的全称锚杆，以满足大跨度、矿压大掘进巷道的支护强度。
【关键词】高应力；变形破坏；Ф22全称锚杆
1 前言
双河煤矿新区上部右一采面可采储量达50万t，地表至开采深度不小于500m，随着矿井逐渐向深部发展，地应力不断增大，围岩地质条件不断恶化，从而造成巷道支护的复杂化和困难化，使得支护问题愈加突出。常规支护采用的直径20mm、长2.0m普通锚杆长度和刚度以不能满足巷道的支护要求，从而不能充分发挥出锚杆的支护作用。在此前提下，根据实际支护情况，经多方研究，决定改进原有顶板锚杆支护，采用直径为22mm、长2.4m的全程锚杆，解决了巷道顶板的支护难题，在保证了安全的前提下，加快了施工进度。因此根据巷道的顶板情况，选择合理的支护方案，对提高掘进速度和安全可靠性，降低支护成本，以及对岩层控制具有非常重要的意义。
2 巷道变形破坏特征及原因分析
2.1 巷道变形破坏特征
（1）变形量大
根据观测结果，新区上部3#层右一巷中宽4.4米、中高3.5米矩形半煤巷道，巷道顶板下沉量较大，平均每10天顶板下沉达到数十毫米，表现形式为钢带发生严重变形，顶板破碎，金属网上部出现网兜。值得一提的是，在对顶板离层仪进行观测时，未发现巷道上部老顶岩层发生断裂、离层现象。
（2）初期变形速率快，最终趋于稳定
巷道开挖后的初期变形量和变形速率较大。监测资料表明，开掘初期的变形速率最大达4.4mm/d，几天后变形趋于稳定。表现为高应力下岩体内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹导致岩体体积增大；岩体发生变形，表现为变形连续的、逐渐变化的。高地应力环境和岩体变形特征决定了深部矿井掘进巷道会遇到一系列动力现象，包括冲击矿压、煤岩与瓦斯突出、瓦斯爆炸、矿井突水、矿压显现剧烈、冒顶片帮等灾害，对深部矿井的安全、高效开采带来巨大威胁。
2.2 巷道变形破坏原因
（1）构造应力机制
施工期间，始终伴随着断层的出现，顶板岩层本身以弹性变形的形式储存了变形能，使顶板产生破碎，一旦在此范围内掘进巷道，顶板将会将这些变形能以变形的形式向开掘空间释放，宏观上表现为岩层的下沉、破碎。
（2）支护结构不合理
原顶板支护采用的普通全程锚杆配合锚网、锚索及槽钢联合支护，所提供的支护强度未能满足围岩力学特性，没能使支护的强度、刚度和结构方面与顶板岩层所需支护强度相耦合，既不能充分发挥围岩的自身承载能力，也不能有效释放围岩的变形能，从而造成巷道下沉、变形，从某一部位开始破坏，进而导致整体顶板支护失稳。
3.1 常规支护技术存在的问题
双河煤矿的顶板支护普遍采用直径为20mm锚杆，长度2.0m长，配合钢带及金属网、架等支护技术，取得了较好的技术、经济效益，但是这些支护技术在新区的支护效果却很差，新区右零面上、下巷等巷道在回采时均经过了多次的进行二次恢复，尚不能有效控制其上部岩层顶板的变形、破坏。在总结分析前人研究成果的基础上，结合大量的现场工程实践，研究认为常规锚杆支护技术主要存在以下几个方面的问题：
（1）常规支护用直径20mm、长2.0m锚杆的长度和刚度不足，从而发挥不出锚杆的支护作用。顶板围岩的松动圈半径一般在2～2.3m，2.0m长的锚杆其不能锚固到围岩的塑性硬化区内，导致锚杆失效不起作用；经常会出现锚杆被拉断的现象，说明锚杆的刚度不够，不能满足巷道开掘初期变形速度快、变形量大的特点。
（2）围岩表面约束能力差。由于高应力或构造应力的影响，使得支护体首先在较为薄弱的地方出现过量变形、岩石松动和破坏，进而形成破碎区，破碎区的发展导致围岩自承圈破坏。如不能及时将破碎区形成一个较为完整的整体，就不能发挥顶板岩石的自稳能力，从而不能有效地遏制围岩的局部破坏和破碎区向纵深发展，进而导致巷道围岩遭到更严重的破坏。
3.2 常规支护技术优化
通过以上常规支护技术存在的问题，经本人对工作地点的实际情况了解，我率先提出了新的支护方式，使用直径为22mm、长2.4m取代原有普通锚杆的支护，得到了老工程技术的批准及大力支持。
采用新型直径为22mm、长2.4m的全程锚杆取代直径20mm、长2.0m锚杆，进行巷道顶板支护，使巷道开掘后顶板松动圈形成了一个整体，增大围岩的强度，提高围岩自承能力，控制了顶板的下沉量。采用强度大、长度较长的锚杆能锚固在稳定的岩层内，并适时在巷道关键部位进行锚索加固支护（由于锚索长度较大，能够深入到深部较稳定的岩层中，锚索对被加固岩体施加的预紧力高达200kN，限制围岩有害变形的发展，改善了围岩的受力状态，增加围岩自承圈厚度，实现厚壁支护），很好的解决了巷道顶板下沉、破碎的问题，随着支护强度的增大，有效的控制了顶板岩层的变形，施工的安全也得到了保证，同时一直困扰的进尺问题也迎刃而解，双河煤矿三采区7117队正以小班6.0-8.0m，原班15m的速度进行掘进。
4 结束语
随着矿井开采深度的不断增加，深部岩体地应力也越来越高，造成深部开采巷道变形明显、支护困难，通过对矿井深部巷道顶板支护设计的优化，选择使用合理选择支护材料和支护参数，采用直径为22mm、长2.4m的全称锚杆支护技术，能够有效的控制巷道顶板的下沉、破碎，发挥岩层的自稳能力，有效地解决矿井深部高应力巷道支护技术难题，避免巷道被破坏后再行修复造成的人力、物力和财力的巨大浪费，影响矿井生产，甚至危及矿井安全。
因此开展深部高应力巷道支护技术的研究，对提高掘进速度和安全可靠性，降低支护成本，对矿井的深部开采和岩层控制具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]钱鸣高，刘听成主编.矿山压力及其控制[M].煤炭工业出版社，1984.
[2]中国矿业学院等编.井巷工程[M].煤炭工业出版社.1979.
作者简介：
张建民 （1965-），男，本科学历，工程师，1985年毕业于抚顺煤炭工业学校，采矿专业，现在从事技术管理工作。