锚杆与U型棚联合支护防止冲击地压的危害

李国辉

（辽宁省阜新市海州区煤炭工业管理局，辽宁 阜新 123000）

冲击矿压是矿山开采中发生的煤（岩）动力现象之一，这种动力灾害通常是在煤（岩）力学系统达到强度极限时，聚积在矿井巷道和采场周围煤（岩）体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤（岩）体抛向巷道，同时发出强烈声响造成煤（岩）体振动和煤（岩）体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落等。

1 煤矿冲击矿压发生的机理

巷道开掘后，由于岩体的内部应力重新分布即围岩应力集中，岩体的物理性质状态由弹性向塑性开始转变，巷道周边围岩开始塑性变形，并且向岩体的深部开始蔓延扩张，原岩应力会发生变化。这种变化使原始围岩发生了超过围岩极限强度的破裂变化，巷道围岩的应力发生重新分布，迫使在所辖的煤体中依次形成卸载区、夹持区和弹性区(图1 )。

巷道掘出或地下煤体采出之后，巷道顶板承受着强大的矿山压力，矿山压力作用于顶板上并且向周边煤体延伸。坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍了深部煤体自身或煤体——围岩交界处的变形。由于平行于层面的摩擦阻力和侧向阻力阻碍了煤体沿层面的移动，使煤体更加压实，承受更高的压力，积蓄较多的弹性能。从极限平衡和弹性能释放的意义上来看，夹持起了闭锁作用。在煤体夹持带内，压力高、并储存有相当高的弹性能，高压带和弹性能积聚区可位于煤壁附近。一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时，煤体可产生突然破坏和运动，抛向已采空间，形成冲击地压。所以，对于煤矿巷道的顶板以及发生变形的围岩两帮的控制，在防止冲击矿压的手段上是可行的。顶板和卸载区的相互变化的关系，内因取决于巷道的埋藏深度、巷道围岩的厚度，围岩的物理力学性质，外因就是巷道的设计理论支护参数和实际的施工的过程中的质量。

2、巷道围岩移近量研究与应对

煤矿生产中多次对掘进巷道顶板和两帮围岩移近量和移近速度与时间的关系进行写实总结，得出如下图2 所示的关系曲线。关系曲线说明，在刚掘出巷道开始阶段，变形速度以一个正的加速快速增加，巷道掘出后5天内顶板及围岩移近速度平均在2.5mm/天以上，在这个阶段，由于各个层面的力学性质的不同，顶板极易离层。5天之后移近速度逐渐下降，围岩产生塑性变形，向巷道内空间移近的速度减低。同时，随着直接顶和巷道两帮的严重移动，巷道围岩应力集中区的范围因因此会改变。从而，在巷道原有的状态被打破以后，应该利用合理的设计方案，使用锚杆或者锚杆锚索联合支护，在最大可能的情况下减少顶板的离层，从而缩小巷道两帮空间的移近量。此外，在锚杆支护巷道内套架U型可缩支架，U型可缩支架与巷道之间刹紧刹杆，等于为巷道内部人员和生产设备加了一层保险装置，防止了发生冲击地压对安全生产的威胁。

3. 锚固技术防治冲击矿压的原理

锚杆技术是利用深入围岩内部的锚杆杆体对围岩进行加固，提高被锚固围岩自身的稳定性来达到支护目的。根据围岩性质和结构不同，锚杆可起到悬吊、组合梁、挤压加固拱等作用。锚杆支护的主要优点是工艺较简单、安装速度快、效率高、便于机械化作业、劳动强度低，可节约支护材料，降低支护成本，并且可以快速的改变围岩的变形速度，保证巷道围岩在较长的时间内处于相对稳定状态，从而减少了巷道翻修，降低经济成本，在保证安全的情况下提高了矿井的生产效益。

锚索支护是具有锚固深度大，锚固力大、可施加较大预紧力的优点，是困难巷道工程支护加固不可缺少的重要手段。锚索的作用主要是将锚杆支护形成的次生承载层相连起来，提高承载层的稳定性，即使次生层发生断裂、转动，也不至于失稳而引起的顶板垮落。锚索可施加较大的预紧力，可挤紧和严密岩层中层理、节理裂隙等不连续面，增加不连续面之间摩擦力，从而提高围岩整体强度。

图1 煤层极限平衡状态示意

图2 掘进期间顶底板移近量和移近速度与时间的关系

巷道采用锚杆与锚索联合支护，在距离迎头不超过5米且不影响工作面作业的情况下，套架U型可缩支架，可缩支架抵抗了围岩持续产生的移近量，可缩支架抵抗弹性变形能较强，且可缩支架的可缩性适应了围岩产生的塑性变形，提供了发生冲击地压时产生的缓冲能力，能够保证人员和财产安全。

3 结论

（1）锚杆与U型棚联合支护在预防冲击矿压的技术是适合现在的煤矿的，有效的减少了事故的发生，对煤矿的安全生产起到了好的作用，并且可以广泛的推广。（2）巷道尽量避免在应力集中区掘进，并且注意掘出巷道后，要及时采用锚杆—锚索进行锚固支护，使围岩形成锚固圈，增强卸载区的抵御变形的能力。（3）随着时间的增长，围岩的移近量逐渐趋于固定值，此时围岩在不受其它外力作用下，巷道压力趋于平稳，夹持区积聚的能量逐渐向弹性区移动。（4）锚杆必须进行拉拔实验，进行锚杆拉拔试验后，锚杆被拉长，同时锚杆周围的煤岩体受到挤压，导致锚杆松动，所以必须及时重新拧紧。（5）即使发生冲击地压，U型可缩支架的弹性能和可缩性也保证了人员和财产的安全。

[1]李东.基于可靠性的锚杆支护设计理论与应用研究[D].辽宁工程技术大学，2005.