煤矿井下巷道锚杆支护方法技术性能分析

杨小龙

摘 要：文章在对锚杆支护基本原理进行分析的基础上，结合煤矿井下巷道锚杆支护的特点探讨了锚杆支护的主要形式、锚固施工的具体实践以及锚杆支护技术在井下巷道的具体应用，并对锚固施工的技术方法及性能做进一步的分析。

关键词：锚杆；支护方法；巷道加固

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0020-01

锚杆支护即在完成巷道掘进之后，为了对巷道的围岩进行加固而采取的技术处理措施。首先，通过在围岩中打孔，然后在孔内锚入对应的锚杆，利用锚杆对围岩进行加固，提高围岩的整体强度，使得巷道的整体强度得到提升。与普通的支架不同，锚杆不仅能被动的承载巷道围岩所产生的压力而阻止岩石掉落，而且能够充分利用锚入围岩中的锚杆对巷道内部围岩自身的力学状态予以改变，从而在巷道的四周形成一个稳定的岩石层，能够与锚杆形成稳定的支撑体系。基于此，可以认为锚杆支护属于一种主动式的支撑方式。从具体的实际应用情况来看，锚杆支护能够最大程度的确保巷道围岩的整体稳定性与完整性，并对围岩的变形量、位移和缝隙等进行控制，达到主动支撑的目的，对矿井的支护情况予以有效改进，提高矿井作业安全性。因此，深入分析锚杆支护工作原理，探讨煤矿井下巷道锚杆支护的形式和主要技术方法，对提高锚杆支护的性能、保证巷道整体结构性能非常重要。

1 锚杆支护的基本原理

煤矿井下锚杆支护的基本原理是基于具体的作用力而构建的，因此，本文将基于锚杆使用过程中的作用力探讨锚杆支护的基本原理。

1.1 锚杆的悬挂作用

锚杆的悬挂作用主要应用于较薄的直接顶或者在刚度较大的老顶时，锚杆直接将下层不稳定的岩层与上层较为稳固的岩层通过悬挂作用而形成一个相对稳定的整体力学体系，锚杆能够承担软土岩石或者危岩的重量，达到稳定巷道围岩的目的。该锚固原理利用较早，且实用性较强，能够有效分析锚杆加固原理。但是却没有考虑围岩自身承载能力的影响，而人为的将被锚固岩层与原始岩层分开，导致锚杆支护分析的准确性不足。

1.2 锚杆的组合梁作用

基于上述锚杆悬挂作用原理的局限性，有学者基于巷道层状地质结构提出了锚杆的组合梁结构原理。该原理主要用于分析巷道顶板由多层厚度较小而连续性较强的围岩。其原理是在没有完全稳固的小厚度层状围岩结构中，锚杆能够起到锚固小厚度岩层的作用，使之形成一个结构稳固的岩石梁，从而提高顶板的承载能力。

1.3 减跨度、提刚性作用

在巷道顶板设置锚杆相当于在该位置设置结构柱，从而使得整个围岩顶板悬空的跨度缩小，提高了巷道控件的整体刚度，使得巷道顶板岩层的整体抗弯曲能力得到提升。但是该原理与锚杆悬挂理论类似，也不能提供锚杆支护设计的相关参数。

1.4 锚杆的挤压加固作用

当顶板岩层属于块状的围岩结构时，通过锚杆的锚入能够显著提高巷道围岩之间的密实度，通过这种岩块之间的加压作用而在围岩对应厚度范围内形成一个具有稳定自持能力的围岩结构，从而使得巷道顶板结构得到加固。

2 锚杆支护的主要结构形式

在实际的锚杆支护过程中，主要应用的锚杆组合构件包括7种：①单体锚杆；②锚杆网；③锚杆钢带；④锚杆粱；⑤锚杆桁架；⑥锚杆锚索；⑦组合结构，如锚梁网、锚带网索、锚带网等。

锚杆布置基本形式。在实际的布置过程中，多采用“三花”布置、“五花”布置以及矩形布置三种基本形式，对应的锚固间距分别为0.6 m、0.8 m和1.0 m。当巷道的顶板结构状态较优时，可以采用组合锚固结构，这时锚固距离可以根据情况选择1 m或1.2 m。

锚固的主要方式。锚杆所采用的锚固方式主要包括端头锚固、加长锚固以及全长锚固三种。在实际的选择过程中要结合使用的锚杆性能以及巷道围岩的实际强度等进行选择。

树脂锚固剂。使用锚固剂与不同材质的锚杆杆体粘接已经成为了当前锚固工程的有效方式。其具有粘接能力强、固化速度快以及持久性好的特点，且能够有效抵御外部因素，诸如湿度、温度等影响，能够显著提升整个锚固体系的稳定性。

孔眼、锚杆、树脂药卷直径的合理配对。锚杆支护的最终目的在于对巷道围岩结构进行稳固控制，减少其在使用过程中的变形、裂隙等。而锚杆锚固力的大小又直接关系到围岩变形的能力。因此，为了对锚固力进行控制，并保证其能够顺利安装，通常所钻孔眼的直径为28 mm。

3 煤矿井下巷道锚杆支护技术及性能分析

3.1 锚杆支护设计

当前，煤矿井下巷道锚杆设计的过程中，大多采用基于动态信息的设计方法，即在整个施工过程中，并不一次性的完成所有锚杆支护的设计工作，利用巷道的各个支护位置的反馈信息进行实时动态的支护设计，从而使得所设计的锚杆支护方式满足实际的围岩状况。在具体的设计过程中，重点需要对锚杆与锚索之间的匹配进行设计，这是保证锚杆支护性能得以重复发挥的基础。另外，锚杆托板和螺母也必须与锚杆杆体的整体强度相匹配。这样，才能够使得设计的锚杆支护结构形式、力学性能以及设计参数等相互协调，使得锚杆支护性能得到充分发挥。

3.2 锚杆材料的选择

随着锚杆支护技术的发展和完善，锚杆材料的研发和使用也得到了迅速的发展。从当初使用的低强度材料发展成为当前广泛应用的强力支护。最初，国内锚杆支护主要使用Q235圆钢进行支护，而且在部分地质结构相对简单的区域依然有使用。但是在井下巷道结构中，由于大部分的锚杆结构多复杂，Q235材料已经不能满足实际的使用需要，因此当前多使用专门的高强度螺纹钢作为支护使用的材料，其利用形状和结构的多重优化来提高锚固稳定性。

3.3 锚固与注浆组合加固技术

围岩中经常会含有大量的块状岩石，单纯的使用锚杆支护技术并不能够达到预期的支护效果。因此，通过使用注浆与锚杆支护相结合的加固方式能够实现对围岩的有效加固。这也是当前有效出力破碎围岩的有效支护方式之一。结合当前矿井巷道的实际特点，根据采用的实际锚杆结构，基于小孔径树脂锚索技术，可以设计使用树脂与注浆锚杆组合的锚固锚索技术，提高对破碎围岩的出力能力。

4 锚杆支护成套技术的应用实例

本文主要就大断面矩形巷道锚固技术的应用进行分析。某煤矿使用厚煤层一次采全高的开采方法，其巷道内煤层均厚为4.92 m左右，局部煤层抗压强度在8.0 MPa左右。其直接顶主要是泥岩与砂质泥岩，均厚为5.73 m，抗压强度在24.3～34.4 MPa之间，属于节理裂隙发育地层。整个作业面的超宽部分为10 m左右，断面面积达到48 m2，是典型的大断面巷道，锚杆支护难度较大。在锚杆支护方法设计过程中，基于理论分析以及数值计算之后，决定使用高预应力与强力锚杆、锚索相组合的支护方式。锚杆为BHRB600型、准22 mm螺纹钢强力锚杆，全长2.8 m，抗拉强度为300 kN。同时，其钢索托板使用强度较高的可调托板，并每排布置4根锚索，两者相互间距2 m。在施工之后，发现支护状态得到有效改善，顶板没有出现明显的变形以及分离层等，两侧帮的变形量较小。表明所设计的锚杆支护方式不但能够控制顶板的变形量，而且能够持续降低煤帮位置的压力。

参考文献：

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[2] 佘宏明.煤矿井下巷道锚杆支护技术分析[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（3）.