浅谈桃园煤矿锚杆支护应用过程见解

相运保 冯国海

（淮北矿业集团公司 桃园煤矿，安徽 宿州 234116）

0 概述

桃园煤矿已经投产19年，矿井投产时生产采区是一采区和二采区，这两个采区的地质条件较好，地应力显现不明显。煤及半煤岩巷支护形式以架工字钢棚为主，岩巷以锚喷为主。1997年开始在二采区82煤层试用锚杆支护（圆钢锚杆、水泥药卷）。随着矿井开采范围的不断延伸，矿井地质构造日趋复杂，矿压显现逐渐剧烈。特别从1999年开采72 煤层工作面以来，矿井软煤岩巷道施工急剧增多，但支护问题一直没有得到很好解决，长期造成巷道前掘后改，浪费了大量的人力、物力、财力以及无效的生产准备时间，导致采掘接替更加紧张，矿井安全生产更严峻。如何解决软岩支护问题，成为摆在我矿广大技术工作者面前的一道迫切需要解决的难题。

1 锚杆支护应用过程

为了寻求一条解决软岩巷道72 煤巷道支护的有效途径，我矿广大科技人员不断摸索，走了一条迂回曲折的支护道路，先后采用了架工字钢棚、架工字钢双棚、锚梁、锚带网、锚带网索、锚带网索加套棚、锚注等多种支护形式，但支护效果始终不理想。2004年在准备7244工作面时，掘进6 队从6月10日开始施工7244 里段机巷420m，支护形式为锚带网索套棚复合支护，施工到切眼下口时间是12月20日，施工时间达半年多，期间停头修复时间2 个多月，巷道内积水、淤泥多，巷道压力大，底臌和帮、顶位移速度很快，前三个月内监测两帮累计变形达1420mm，平均变形为16.75mm/日，顶底板累计变形达770mm，平均变形为5.06mm/日。风巷由掘进14 队施工，里段采用锚带网索套棚复合支护，外段采用架棚和注化学浆加固，该队从掘进进尺开始，工作面回采后一直在风巷进行修复维护，工作面支架拆除收作后该掘进队才撤走。长期在这种困难条件下施工，职工干劲不高，斗志不强，出现畏难情绪，整个队伍处于一种精神低迷状态，根本无法很好地完成矿上下达的任务。同时巷道综合支护成本高、掘进和回采安全威胁大。通过7244 工作面掘进巷道问题分析，我们认识到，如果不下大的决心解决软岩支护问题，矿井的可持续、健康发展就无从谈起。于是在05年度，我们先后在7244 外机巷采用了锚带网索喷注支护技术，在7245 机风巷采用全封闭U 型钢棚与锚注复合支护技术，取得了可喜的效果。

我们吸取开拓准备巷道易受采动压力影响而破坏的实际情况，不断加强永久巷道支护强度，淘汰了圆钢水泥锚杆，全部采用直径20mm，长度2m 以上的高强度螺纹钢锚杆。在北八运输大巷过落差420m 的断层破碎带施工时，打破设计常规，采用锚注与架全封闭U型钢棚支护技术，过断层段巷道两帮变形量不足100mm，顶底板没有收缩变化，取得了最为明显的支护效果。

随着我矿采场深度的沿深，二水平达到-800m，出现了深部开采大断面软岩硐室，采用锚网碹体联合支护的马头门掘出不到一年就产生变形和破坏，以及采用一次锚网支护的泵房、变电所等硐室围岩强烈变形的困难局面。在深入开展桃园矿深部开采巷道围岩稳定性调查，掌握深部开采巷道实际的变形破坏特征，分析巷道破坏失稳机理的基础上，采用结构力学和数值模拟相结合的方法，详细分析大断面硐室支护承载结构的稳定性，研究结构补偿对支护承载性能的作用。提出深井大断面软岩硐室高强稳定型支护技术，即利用高强预应力锚网支护，提高浅部破碎围岩的残余强度，并与浅部围岩形成可靠的组合拱承载结构，同时根据支护承载结构结构性失稳的原因，采用带梁锚索装置将锚索支护与高强预应力锚网支护耦合为一体，利用锚索对高强锚网支护组合拱进行结构补偿，改善组合拱的结构稳定性，提高锚网支护与围岩形成组合拱的承载能力。上述高强预应力锚网支护+锚索结构补偿支护耦合成统一的承载结构，在考虑支护强度的同时，提高支护承载结构结构稳定性，从而大大提高锚网索高强稳定型支护控制围岩变形的效果。高强稳定型支护技术核心是采用二次高强锚网支护与围岩共同作用形成支护强度可靠的承载结构，同时根据巷道围岩断面的形状、移动变形特征、围岩状况，通过结构力学计算和数值模拟，分析锚网支护承载结构的结构稳定性。在高强锚网支护的基础上，针对支护承载结构的薄弱部位采用带梁锚索，对高强锚网支护与围岩形成的承载结构进行结构补偿，提高支护—围岩承载结构的结构稳定性。采用该技术后通过现场观测，桃园矿深部开采大断面泵房、变电所顶、底板移近量均控制10mm 左右，两帮移近量控制在30mm 左右，围岩移动变形得到有效控制。

目前，我矿已基本确立了二水平岩巷采用采用二次高强锚网支护与围岩共同作用形成的支护体系，煤巷锚杆支护采用锚带网索联合支护体系。

2 矿井对煤巷锚杆支护认识

锚杆支护技术成熟，施工简单，经济效益明显，已成为井巷工程的主要支护方式。发展锚杆支护已成为我矿推行重大支护技术革命。传统的锚杆支护理论主要有:悬吊理论、组合拱理论、组合梁理论。它们都是以一定假说为基础的，各自从不同的角度、不同的条件论述了锚杆支护的作用机理，并得到了国内外的广泛承认和应用。

我认为在巷道支护方式的选取上，绝不可生搬硬套，更不会有适合于任何巷道的支护方式;而应该仔细分析地质特征，准确观测岩性的变化，以便及时采用合适有效的支护方式。与此相反，如果在实际生产中，只是简单套用锚杆支护设计，就可能由于锚杆支护失效而引起冒顶事故的发生，严重的将会导致人员的伤亡。

锚杆机具性能是决定锚杆安装质量与施工速度的关键。我矿相应集团公司号召，极为重视锚杆钻、装机的不断更新，如新型MQT-130 锚杆机不仅钻眼速度快，并扭矩大能保证安装的锚杆锚固可靠，有足够的预紧力，因而保证了锚杆支护的高质量与高速度。而目前虽然电动、风动和液压锚杆钻机都有，但性能结构不尽合理，零部件质量和整机性能都急需进一步完善与提高。在综掘煤锚巷上掘锚联合机组，能参考国外先进技术进一加紧研制与试验，以实现综掘巷道掘支平行作业，提高成巷速度。

监测是监督施工质量、保证锚杆支护安全可靠的重要手段。锚杆支护是一项隐性工程，因而更需要及时可靠和行之有效的施工检测与跟踪监测。我矿虽然也十分重视锚杆支护监测工作，先后采用了一些监测仪器，但性能不高、功能不全，尚未形成系列配套的综合监测技术。例如监测巷道收敛时普遍使用钢卷尺、皮尺，效率低、精度不高，能采用精度较高的防爆测距仪，可减轻工人劳动强度、提高监测效率、精度。采用综合测量技术，运用数字式仪器对锚杆（锚索）变形、巷道顶板离层状况、顶板来压情况等监测，通过对测得的锚杆（锚索）局部性能结果的详细研究，可对支护系统工作状况的好坏和安装质量的可靠度进行评估。如果有问题，那么可根据反馈的信息进行二次设计，从而使锚杆（锚索）强度或锚杆（锚索）密度和锚杆（锚索）长度更为合理。锚杆支护监测是设计与施工质量及安全工作的重要保证，因此，必需加大监测仪器仪表的改进，尽早完善监测手段，规范监测内容。

人是一切工作计划的制定者和执行者，人是最重要的资源，人的管理是最难的管理。无论从结构合理、质量上乘的锚杆到性能优良的锚固剂，还是从灵活高效的锚杆钻装机具到灵敏精密的监测仪器仪表，都需要人来操作，人去完成。我矿施工队伍人员素质偏低，加上监督管理的局限，往往施工质量保证困难。因此，重视和加强锚杆支护技术人员和施工工人的技术培训和岗位训练，必然有助于我矿锚杆支护技术的发展和锚杆支护的普及。

3 结语

我矿锚杆支护经过19年的发展，应用范围已扩展到受动压影响的回采巷道、软岩巷道、破碎或复合顶板巷道及工作面开切眼和大断面碉室;锚杆支护的种类、结构形式及规格层出不穷;而锚杆支护设计方法却比较单一，即普遍采用工程类比法，因而不可避免地带有一定的盲目性;锚杆支护工作是一项看似简单、实则复杂的系统工程，影响支护效果与成败的因素很多，因此，分析不同种类锚杆结构的作用原理，考察不同设计方法的特点，探讨影响支护效果的主要因素，明确锚杆支护技术与设计方法的发展方向及工作重点，对推动我矿锚杆支护技术的发展与锚杆支护形式的普及，提高施工速度，发展高产高效矿井，降低成本，促进我矿质量经济效益的提高有着深刻的现实意义。