煤矿工程中的锚杆支护成套技术应用

李 宾

（中国神华神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 榆林 719315）

煤矿工程中的锚杆支护成套技术应用

李 宾

（中国神华神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 榆林 719315）

摘 要：锚杆技术在煤矿工程中发护着重要作用，本文首先介绍了其优点和缺点，以及作用机理。然后从锚杆支护设计、材料选择、围岩地质力学测试等几方面对锚杆支护成套技术进行了分析。

关键词：锚杆支护成套技术；矿压监测；巷道支护

煤是我国的主要能源，随着煤矿开采行业的发展，出现了许多开采技术，为我国煤矿事业做出了巨大贡献。煤矿开采存在有一定的风险性，如何在安全开采的基础上减少成本，以最低消耗取得最好效果是当前应考虑的重点。巷道支护是煤矿开采的关键，巷道支护技术也备受关注，锚杆支护技术凭借高质量、低成本等优势在近些年被广泛使用，为煤矿企业带来了巨大效益。

1 锚杆支护技术

在煤矿开采中，通常需要挖掘一定的通道，即为巷道。巷道直接关系着运输效率和作业人员的生命安全，为防止周围岩石塌落，需对其进行安全支护。在不断探索中，有很多种支护方法，如架设棚式支架、锚杆支护等，后者是当前应用较广泛的一种。锚杆支护主要是对巷道围岩进行加固，控制其变形、位移，维持其稳定性而采用的一种支护方法。先在巷道顶板及两帮打孔，然后是用树脂将锚杆锚固到巷道围岩稳定的岩层或煤层中，以起到支护作用。

1.1 作用机理

关于锚杆支护技术的作用机理，可从以下几方面了解：

①巷道围岩在挖掘中可能会出现滑移、变形、张裂等现象，通过锚杆支护，可生成次生承载层，对以上现象加以控制，以维持围岩结构的完整。这家要求锚杆自身的刚度和强度必须要高，有足够的预紧力和破断力。

②锚杆可有效提高锚固区周围的岩体的粘聚力和强度，但主要用于低强度的岩体或煤体。在对中高强度的岩石进行锚固时，其作用并不十分明显。在加固不连续面时，锚杆主要依靠其自身的轴向力和切向力来实现，在使其不滑动的前提下可有效提高结构面的抗剪强度，进而保证整个结构的稳定。

③为分担锚杆承担的荷载，扩大其作用范围，可使用钢带，使荷载趋于均匀，进而形成组合支护系统，以降低因岩石弯曲造成的拉伸破坏。锚索是连接围岩和次生承载层的关键部分，可充分调动深部围岩的承载能力。

1.2 优势及不足

与传统的棚式支护方法相比，锚杆支护更加科学，具有较高的经济实用性，无需过多设备装置，成本较低；锚杆支护技术比较灵活，因是主动支护，实际使用时可结合具体情况加以调整，且工具制作的时间较短，容易操作；围岩的形状较为复杂，锚杆支护通过调整可增加支护阻力，以提高围岩的承载力，维持围岩的稳定；耗费能源较少，不会对周围环境有严重的污染。其不足之处在于对周围的条件匹配程度要求过高。

2 锚杆支护成套技术分析

在多年的实践中，锚杆支护技术日臻成熟，取得了显著成就，对其理论和成果进行总结分析，形成了一套系统化的锚杆支护成套技术，同时制定了相应的技术标准和制度，以推动该技术进一步发展。成套技术结构庞大复杂，涉及诸多领域，如锚杆支护设计、施工器械、矿压检测、围岩地质力学测试、工程质量检测等。

2.1 锚杆支护的设计

从当前煤矿开采状况来看，巷道锚杆支护在设计时以动态信息法为主，即设计是一个动态工程，并非一次性完成。如此可实时收集所需信息，分析后对每个过程中的信息进行充分利用，以达到预期目的。设计的关键在于锚杆和锚索支护各项构件的匹配程度，若匹配程度较低，极易影响到整体支护效果。因此，锚杆托板、锚固剂以及螺母或其他组合构件，在力学性能及力学参数上都需和杆体强度相匹配。这些部件之间也同样应保持高度的匹配。如采用的锚杆强度和预应力均较高，则托板应使用高强度的拱形托板，组合构件可选择相配套的W型钢带，金属网则使用同等强度的钢筋网，令配备高强度螺母。若采用高预应力高强度的锚索，应选择高强度的拱形托板。需确保每一项构件的完整性和稳定性，一旦出现问题，必会影响整体效果。

2.2 围岩地质力学测试

测试对象有煤岩强度、地应力、结构测量等。以地应力测试为例，在井下采矿中，应力解除法和水压致裂法是较为常用的方法。应力解除法是指借助专业的测量仪器对原岩应力及次生应力进行测试。而煤岩结构测量，随着测量难度的增加和技术的发展，各种高科技测量设备相继出现，如矿用电子钻孔窥视仪，在测量煤岩的层理、离层以及缝隙时，因测速快、精确度高等优势被广泛使用。围岩地质力学测试极为重要，只有准确掌握了各项参数，才能更加科学地对巷道支护进行布置。

2.3 锚杆支护的材料

选择何种材料是锚杆支护发挥其作用的前提，材料优劣与支护结果有关，传统的支护材料强度较低，逐渐发展成为高强度以及高预应力。在过去的煤矿作业中，经常会使用普通的Q235圆钢黏结式锚杆，当前在少数矿区依旧有所应用。然而，现代煤矿开采条件越来越复杂，以往的材料难以满足新的要求，因此研制出许多新型材料的锚杆。如高强度螺纹钢锚杆支护系列材料。通过杆结构与形式优化，可使锚固效果有明显的提升；开发锚杆专用钢材，可达到高强度和超高强度的级别。在预应力锚索支护方面，目前已生产出专用于煤矿开采的大直径、高吨位锚索，其直径最大有22mm，能够拉断重600kN。

2.4 锚固与注浆联合加固技术

在松散破碎的煤岩体中挖掘巷道，如果只采用锚杆支护技术，可能达不到理想效果。在新建或维修损坏的巷道时，仅使用锚杆支护技术同样会影响到支护效果。因此，在实际工作时，应与其他技术相结合，如注浆技术等。结合巷道特点，开发出不同形式的注浆锚杆，在破碎煤岩体中，还引进研制出钻锚注加固技术，解决了难成孔的破碎煤岩体加固难题。在小孔径树脂锚索的基础上，研制出树脂与注浆联合锚固锚索。通过对注浆参数的控制，可起到加固的目的。水泥基材料是常用的主将材料，因围岩条件复杂多样，另外还有各种类型的化学加固材料，包括聚氨酯、脲醛树脂等。

2.5 矿压检测和支护施工质量

为保证作业人员安全，应及时监测矿压，先后研制出许多设备，可对锚杆、锚索受力等参数进行准确测量。当前以综合在线监测系统为主。锚杆施工中应注意保证质量，为此，需对其质量进行检测，开发出系列锚杆拉拔机、预紧力检测器具、声波锚杆锚固质量检测仪等测试设备。

结语

在煤矿的挖掘开采工程中，为保证作业顺利进行，经常需要开挖巷道。这就要求对巷道加以维护，避免出现巷道坍塌现象。 锚杆支护是常用的一种方式，在长期总结实践中，逐渐形成了系统化的整套技术，需加大研究力度，进一步完善。

参考文献

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中图分类号：TD353

文献标识码：A