试论应用锚杆支护技术

朱汉华

摘要：随着锚杆支护技术在我国煤矿巷道围岩控制中的应用越来越广泛，锚杆支护的优越性目前已得到普遍认同，其理论及实践也日益完善。在我国煤矿应用锚杆的支护来改善围岩的“支—围”关系，给矿区带来的社会经济效益的提高和安全生产环境的改善越来越显著。

关键词：锚杆支护 现状 优越性 注意问题

0 引言

科学在发展，技术在进步，科技是降低成本、提高经济效益的主要手段。相信锚杆支护技术是煤矿中最具有发展潜力的支护技术，它必将对煤矿企业的高产高效带来重大影响。以下是本人对锚杆支护的一点认识和思考，相信只要认真对待，注重研究，锚杆支护技术必将继续完善和提高，进而推动煤矿经济效益的提高，并积极地响应了国家对能源行业提出的关于节能减材的方针和政策。

1 使用锚杆支护的作用

随着锚杆支护工程实践的不断丰富使用，与不同条件的各种锚杆支护理论的相继被提出并逐步得到发展和完善，归纳起来，主要有以下三个作用。

1.1 悬吊作用 锚杆支护的悬吊作用，突出的表现在直接顶较薄，老顶较坚固的情况下，锚杆将下部不稳定的岩层悬吊在上步稳固的岩层上，由锚杆承担软岩或危岩的重量，以达到井巷稳定的目的。这一理论提出的较早，有一定的实用价值。但是大量的工程实践证明，即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆亦能发挥支护作用。例如，在全煤巷道中，锚杆就锚固在煤层中也能达到支护的目的，说明这一理论有局限性。

1.2 锚杆的组合梁作用 为了解决悬吊理论的局限性，在层状地层中提出了组合梁理论。组合梁理论适用于顶板由多层小厚度连续性岩层组成的巷道，其原理是在没有稳固岩层提供悬吊支点的薄层状岩层中，可利用锚杆的拉力将层状地层组合起来，形成组合梁结构进行支护。并借助锚杆本身提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动，是防止分层在压力作用下发生整体弯曲变形，呈现出组合状态，从而提高顶板的抗弯刚度及强度。这一观点有一定的影响，但是工程实例较少，也没有进一步的依据资料供设计应用。例如，岩层沿巷道纵向有裂缝时梁的连续性问题和梁的抗弯强度问题。

1.3 锚杆的减跨作用 如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于增加了支点，从而减小了顶板的跨度，使顶板岩层的弯曲应力和挠度得到降低，维持了顶板稳定。这就是锚杆的减跨作用，这套理论实际上来源于锚杆的悬吊作用，但它同样未能提供用于锚杆支护参数设计的方法。总之，使用锚杆支护，可发挥其加固拱作用和悬吊作用，使复合顶板内的各煤岩体与锚杆紧固成一个所谓的“组合梁”，从而提高顶板岩层的抗弯强度，减少各岩层层面滑移、离层和冒落的机率，从而保证巷道的稳定性。代替了木支护，又适应了国家天然林保护工程实施以来所导致的木材无法采购的外部环境，并响应了国家所提出的节能减排的号召。

2 煤巷锚杆支护现状

2000年以前我国矿区煤巷大多数采用的都是木支护，采区切眼采用了水泥锚固剂、竹锚杆、挂铁丝网，但支护效果不很好而木支护巷道每半年都要重新支护一次，使的投入增大，为此天池一矿决定改进支护方式。

2.1 由于天池一矿全矿区地质条件简单、煤层赋存条件好，但煤层局部产状变化较大，煤层较为破碎。巷道采用煤层巷道，围岩完整性较好，层理不发育，煤体抗压、忍性强度较高，煤巷支护采用锚网支护，锚杆端锚为主，杆体用φ16mm、长1600mm圆钢加工而成；巷道顶帮配以40×40mm网格的铁丝网。在交岔点或煤层较为破碎处在锚网支护的基础上增加钢带支护，每排钢带间距与锚杆间距相同（锚杆间排距根据煤层情况调整，一般间排距700×700mm），通过锚杆固定钢带，亦即锚杆+网+钢筋梁支护。

2.2 锚杆支护的结构形式主要有单一锚杆+水泥托板、锚杆+网+水泥托板、锚杆+网+w型钢板钢带、锚杆+网+钢筋梁等形式。形式的选择主要取决于巷道围岩的性质，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类较好的围岩巷道中一般选择锚杆+网+水泥托板，随着围岩条件的变化程度及断面增大，Ⅳ、Ⅴ类围岩巷道采用锚杆+网+w型钢板钢带、锚杆+网+钢筋梁的支护形式。

3 锚杆支护的优越性

3.1 支护效果好 锚杆支护在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控制理论，属于“主动”支护，锚杆安装以后在围岩内部对围岩进行加固，迅速形成一个围岩——支护的整体承载结构，因而能够调动和利用围岩自身的稳定性，充分发挥围岩自身的承载能力，所以锚杆支护有利于保护巷道围岩的稳定，改善巷道维护状况。

3.2 劳动强度低、效率高 与传统架棚式支护相比，由于锚杆支护所采用的支护材料较少、重量较轻、巷道掘进时，极大地减少了支护材料的运输量，劳动强度也大为降低，有利于提高掘进工效。工作面回采时，也省去了支架的回撤工作，既降低了工人劳动强度，又提高了安全系数。锚杆施工操作简单，紧跟掘进面，有利于实现快速掘进支护机械化。

3.3 经济效益明显 采用锚杆支护和减少支护材料投入，降低直接支护成本。由于锚杆支护不占用巷道工作断面，因而在支护设计上，可相应减少巷道断面，节省大量材料。还能减少巷道维修量，节约维护费用。总之锚杆无论在支护材料费用方面还是运输和维护费用方面都有着其他支护材料无可比拟的优势，锚杆支护技术在这些方面能够降低成本，显著提高经济效益。

4 锚杆支护中应注意的问题

锚杆支护虽然具有即时承载、预紧力大、支护效果好、劳动强度低、支护成本低等等优点，大力推广锚杆支护技术是实现回采工作面高产高效的有效途径。但采用该技术需要注意以下几个问题：

4.1 锚杆必须成分利用锚杆的预紧力，锚杆的底部必须紧贴岩壁，否则锚杆无法起到加固梁和组合梁的作用。

4.2 掘进煤巷时应保持巷道顶板和两帮的平整，最好以不破坏顶板完整和减少爆破震动巷帮煤体为原则，避免巷道周边形成应力集中，确保巷道的稳定性。

4.3 顶板锚杆不亦全部垂直顶板方向布置，应以放射状为准，破碎的岩层间隙要以水泥注浆充满，确保锚杆要有足够的锚固力。

4.4 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。

4.5 随着锚杆支护技术的普遍应用，锚杆的回收再利用工作我认为也应当受到足够的重视，一套锚杆虽然价值不高，但积少成多，所带来的经济效益将十分巨大。首先从材料上讲，目前各大矿区大多数所使用的锚杆有稍钉式和压塑式两种，虽然稍钉式锚杆强度高，一旦安装成功就以将锚杆螺纹损坏，却无法回收再利用。压塑式锚杆在安装时可不破坏锚杆螺纹结构，有利于回收复用要加大投入研究锚杆的回收技术。锚杆的质量直接关系到巷道支护效果和煤矿安全，应当研制高质量的锚杆及性能优越的附件，提高锚杆支护水平。

4.6 选择合适的锚杆参数，确定有效的锚杆支护形式。

5 结论

锚杆支护由于能主动地加固围岩，最大限度地保持围岩的完整性、稳定性，控制围岩变形、位移和裂隙的发展，充分发挥围岩自身的支承作用，变被动支护为主动支护，有效的改善矿井的支护状况，具有施工方便、效率高，有利于加快施工进度，且施工成本低、支护效果好，已经成为当今巷道支护改革的主要趋势。

参考文献：

[1]窦林明，邹喜正，曹胜根，陆菜平编著.煤矿围岩控制与监测.中国矿业大学出版社.2007年2月第1版．

[2]何满潮，袁和生，靖洪文等著.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京：科学出版社.2004年4月第1版．