煤矿井巷锚杆支护设计探讨

义煤集团 宏盛煤业有限公司 韩伟博 张红山

煤矿井巷锚杆支护设计探讨

义煤集团 宏盛煤业有限公司 韩伟博 张红山

煤矿锚杆支护技术是一种新型的支护技术，与其他支护技术相比，其工作强度低、投入成本低，因此在实际工程中得到了广泛的应用。在煤矿施工过程中会用到很多支护技术，本文，笔者主要探讨煤矿井巷锚杆支护技术。

一、锚杆支护存在的问题

1.锚杆支护设计理论存在不足。目前，锚杆支护设计大多是以理论分析法和工程类比法为主。锚杆设计工程类比法一般都是按照经验设计，缺乏科学依据。在井下的实际操作中，各种条件是不断变化的，无论是采用类比法还是采用理论分析法，实际需要的支护参数都会与计算结果存在一定的偏差。供设计使用的基本参数都是在对地质技术资料综合整理之后，再借助巷道周边几点或单独一个点的所得出的平均数值，所计算出的锚杆支护参数往往与实际差别较大，严重时会引发冒顶事故。

2.锚杆施工阶段的工程质量得不到有效保障。在煤矿巷道锚杆支护工作中，工程质量有相对的隐藏性，通常，顶板在被破坏和失稳的情况下没有特别明显的预警，容易引发规模较大的冒顶事故。在实际操作中，因为受限于施工器械、安装工艺、工作人员的技术水平等因素，要实现高预拉力的锚杆十分困难，锚杆初锚力预加存在很大的困难，这些问题都直接影响锚杆的支护效果。

3. 支护围岩的地质情况缺乏了解，支护设计缺乏实际数据的支持。在进行支护设计和巷道布置时，需要对地质条件进行预测，但对于复杂的地质体（如不全面煤矿岩体），相关部门的准备工作不到位，对围岩的地质条件缺乏充分了解。在实际的生产过程中，对围岩结构强度及其锚固性的检测缺乏有效的措施，导致锚杆支护设计太过理想化，再加上工作人员很难及时发现并采取补救措施来加强锚杆支护，很容易引发顶板事故。

二、锚杆支护设计方法

1.锚杆支护科学的设计方法。近年来，我国在锚杆支护技术上已初步摸索出一套新理论和新方法。但缺乏统一的相关规范和标准，在煤矿井巷锚杆支护的实际设计和施工方法方面仍有待提高。土压力分布还是以库伦或朗肯理论为基础，支护桩仍用等值梁法进行计算。这些理论在安全性和经济性方面较差。因此，在煤矿井巷锚杆支护设计中，应逐步建立健全一套以施工监测为主导的信息反馈动态设计体系。如动态设计方法，该方法针对性强，不但施工可靠，还能够提前测出巷道顶板围岩的稳固性能，利于科学化管理；该设计方法通过分析煤巷井下的地质生产资料，为锚杆支护的设计提供了行之有效的科学根据，保证了锚杆支护的施工质量。

2. 高预应力、高强度组合式锚杆支护体系。

（1）桁架、锚索和锚杆的联合支护。对于地应力高的厚煤层，在符合顶板条件下，该技术可以有效避免巷道变形，预防顶板离层，这种联合支护最关键的地方就是桁架、锚索和锚杆承受能力和强度的匹配问题。从当前的技术水平来讲，高的性能的锚杆拉力在20 ～ 30 kN，所以锚索和桁架的预拉力一般情况下在60 ～ 80 kN，这样才能形成同步承载。

（2）等强锚杆的开发与推广。一般情况下，在加工阶段，锚杆螺纹钢大都采用先车再滚丝的技术，这就导致螺纹钢螺纹的地方杆体的强度降低了约20%。一旦煤矿巷道顶板处受到动压或冲击地压，锚杆构件在螺纹部位就会发生断裂，从而导致锚杆体支护功能失效。为了提高螺纹钢螺纹强度，需要借助一些有效手段，使锚杆在整体上拥有相等的强度，以避免螺纹断裂事故的发生。

（3）实用性、可靠性强的矿压检测技术。锚杆支护属于隐蔽性工程，在施工的质量不符合规范的情况下，锚杆支护系统很容易出现顶板冒落与离层现象。总的来说，锚杆支护的矿压检测可以分为3种：支护构件受力的监测，比如说GYS–300型锚杆测力计；用于安设质量以及锚杆性能的监测，包括锚固剂质量、锚杆施工质量和杆体性能质量，如锚杆拉力计。针对煤矿巷道围岩位移的检测，如多点位移计和LBY–3型顶板离层指示仪。煤矿锚杆巷道的设计、检测工作和工程的施工质量同等重要，要尽可能早地规范煤矿检测手段，检测的内容是规范的重中之重。要实时了解煤矿巷道顶板的离层及下沉情况，及时发现问题，积极高效地采取补救措施，保证锚杆支护的安全性和可靠性，从而保证支护的效果。

（4）积极完善研究锚杆机具的配套设备。如，施工阶段应尽可能保持结构的平衡，偏差应控制在允许误差范围之内，对于机具出现钻头、零部件质量不合格、安装速度过慢等问题必须从严把握，从而保证锚杆支护技术的迅速崛起。