加强锚杆支护质量 保障煤矿井下安全

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摘要：在煤炭的井下生产过程中，煤巷矿压是必须面对并解决的重要前提条件之一。随着煤巷锚杆支护技术在井下应用的日趋成熟，为矿井的安全、高效生产提供了有力支持，但也必须充分认识到，锚杆支护作为一项系统工程,必须综合考虑各种复杂因素的影响，以最可靠、最经济的锚杆支护方案为井下生产保驾护航，这无疑具有非常重要的意义。

关键词：煤炭生产煤巷支护锚杆支护施工工艺注意问题

锚杆对巷道的支护作用主要为通过对锚杆施加预紧力在围岩中产生压应力区，并与锚索等其他支护构件共同形成预应力承载结构，从而对巷道围岩起到强化作用，对围岩结构面离层、滑动、节理裂隙张开等扩容变形产生约束作用，以保持巷道围岩的完整性与稳定性。

1、锚杆支护作用机理分析

1.1 锚杆的早期作用

巷道开掘阶段顶板破坏范围较小,此时锚杆的作用主要是控制顶板下部岩层的滑动、离层、失稳。锚杆安装越及时,预紧力越大,则效果越好。

事实上,锚杆越粗锚杆预紧力越大,提供的抗剪力越大,岩层越不容易发生错动。即使载岩层之间的粘结力丧失,在水平应力作用下发生压曲,压曲临界载荷也会得到明显提高。

1.2 锚杆的中期作用

掘进影响稳定后至受到采动影响前,称之为中期阶段。此阶段主要是由于岩石的流变效应,致使随着时间推移,岩层强度不断降低,顶板下沉及锚杆受力逐渐加大,最后形成一定范围的破坏区。当巷道有煤柱时,残余支撑压力也影响巷道围岩变形和破坏。

1.3 锚杆的后期作用

当巷道支护时间很长或受到回采影响后,巷道围岩破坏区会进一步扩大,围岩变形急剧增加,锚杆受力增大。会出现三种情况:一是锚固端仍处于稳定岩层中,只是由于破坏区内的岩层进一步扩容、离层而引起锚杆受力增加,顶板下沉增大。但只要保证锚杆不被拉断,巷道仍能保持稳定。二是稳定岩层上移,锚杆完全处于破坏岩层内。此时,锚杆的作用发生了较大变化,但只要锚杆参数选择比较合理,顶板仍能保持稳定。三是当锚杆参数不合理或次生承载层所受载荷很大时,承载层内仍会出现较大的扩容、离层,承载能力下降,厚度减小。

2、井下煤巷锚杆支护的施工工艺分析

2.1 确定锚杆支护形式所应掌握的原则

(1)一次支护原则。锚杆支护应减少支护次数，尽量做到一次支护就控制围岩变形；(2)高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。在保证支护系统可靠性的条件下，可以通过提高锚杆刚度和强度，降低支护密度，减少单位面积上锚杆的数量，提高掘进速度；(3)相互匹配原则。为最大限度地发挥锚杆整体支护作用，托板、钢带、螺母等锚杆构件的参数与力学性能应该相匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能也应相匹配；(4)临界支护强度与刚度原则。如果锚杆支护系统的强度和刚度小于临界值，将导致巷道长时间处于不稳定的状态，不能有效的控制围岩的变形和破坏；(5)高预应力与预应力扩散原则。预应力作为锚杆支护的重要因素，不但要采取措施提高锚杆预应力，而且要通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，提高锚固体的整体刚度和完整性，使锚杆支护转变为主动支护。

2.2 锚杆施工工艺过程

(1)巷道掘进与支护工艺过程：首先施工机具掘进出煤至巷道成形，其次敲帮问顶找掉危岩，然后施工机组机载式临时支护托上金属网或W钢带，再打第2、第4眼锚杆进行临时支护，最后安装其它锚杆及锚索；(2)锚杆施工工艺：首先利用锚杆钻机钻进锚杆钻孔，其次对孔洞进行清扫干净，然后在孔底放入树脂药卷，接着将锚杆钻机升起并利用搅拌器连接锚杆尾部和锚杆钻机，搅拌树脂药卷，再用气扳机拧紧螺母至设计扭矩，最后安装其它锚杆；(3)锚索施工工艺：首先应定位锚索孔位，其次利用锚杆钻机钻进锚索钻孔，清理钻孔后放入树脂药卷，将树脂药卷送入孔底。然后用搅拌器联接锚索尾部和锚杆钻机，搅拌树脂药卷一定时间。停止搅拌后再等待规定的时间，收缩锚杆机，卸下搅拌器，15min后安装锚具。最后用张拉设备张拉锚索使预紧力达到设计值。

3、煤巷锚杆支护中需要注意的几个问题探讨

(1)沿顶板掘进，实行光面爆破，以不破坏顶板和少震动巷帮煤体、特别是煤帮为原则，以保证巷道顶板和两帮的平整，防止巷道周边应力集中，以满足巷道自身的稳定性。

(2)在断面设计上，要确保巷道有足够的掘进断面，允许巷道有一定的变形量。

(3)在巷道布置上，要综合考虑护巷煤柱的留设宽度，尽量避免将巷道布置在采动压力集中区域内。

(4)根据煤巷的特点，选择合理的支护参数和支护形式。在支护形式上，可采用锚杆、锚网、锚喷、锚网喷等形式。在支护参数方面，关键是要确定锚杆的合理长度和排间距，锚杆长度一般应大于煤岩松动圈0.2～0.4m，以适应动压对巷道的影响，对破碎的煤岩应采用全长锚固锚杆，以对锚杆周围的煤岩有一个固定作用。锚杆的排间距应根据锚固力大小，梁网结构强度，掘进后巷道围岩松散破碎情况和朔性变形大小确定，一般为0.6～0.8m。锚杆必须要有托护结构并产生一定的托锚力。没有托锚力的注浆钢丝绳锚杆由于不能形成主动支护，因而不能用于煤巷支护。

(5)由于煤巷大都采用平顶型断面，巷道上下帮顶端由于受剪应力影响，因此顶板锚杆不宜全部垂直于顶板方向布置，而将靠巷道两帮的顶板锚杆改成向帮有一个倾斜角度的布置，使锚固端超过两帮非有效承载宽度，从而使锚固端受到两帮的有效支撑。

(6)若围岩出现弱面，必须采用特别加固措施防止在弱面处发生剪切破坏，造成事故。由于锚杆支护是一项隐蔽工程,必须加强煤巷锚杆施工质量的管理,在巷道安装多点位移计和离层仪监测巷道围岩内部岩层的位移情况,同时对巷道的表面位移加以监测,发现失效锚杆要及时补打锚杆加强支护,维护巷道的稳定。

4、结语

在煤矿生产过程中,支护是其不可缺少的一部分,对冒顶片帮等有非常重要的作用。可以说，在煤炭生产实践中不断探索和提升煤巷支护质量，不仅有利于改善煤炭生产的工作环境，更有利于保障安全生产，使经济效率得到显著提升。当前我国煤矿巷道主要采用锚杆支护，因此深入研究并提高锚杆支护质量，对推动煤矿生产的安全和经济效益均有重要的现实意义。

参考文献

[1]于斌.《高强度锚杆支护技术及在大断面煤巷中的应用》[J].煤炭科学技术,2011(8).

[2]李亮青.《浅析煤巷锚杆支护机理》[J].科技资讯,2011(23).