浅谈煤矿开采中锚杆支护技术

亓 超 牛传星

（1山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东 青岛 266510 2山东省防灾减灾重点实验室 山东 青岛 266510）

浅谈煤矿开采中锚杆支护技术

亓 超1,2牛传星1,2

（1山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东 青岛 266510 2山东省防灾减灾重点实验室 山东 青岛 266510）

21世纪以来，煤矿巷道支护技术取得了快速的创新与发展。锚杆支护作为煤矿巷道支护的一种，能够充分利用预应力的扩散以及预紧力的高强度施加，与围岩共同构成支护体，继而将围岩自身能承受的能力予以充分的调动，同时利用锚杆对围岩的悬吊作用，共同维持巷道稳定性，本文主要介绍了锚杆支护技术的本质含义及其作用机理，并指出了我国如今在锚杆施工过程中存在的问题以及这些问题的解决方法。

煤矿巷道；锚杆支护；基本原理

我国自20世纪50年代引入锚杆支护技术以来，已经取得了巨大的经济与技术效益，如今国内锚杆种类多样，常见的有楔缝、涨壳、倒楔锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚杆、木锚杆、竹锚杆、树脂锚杆、爆扩锚杆、水泥锚杆、爆扩锚杆等。因为不同锚杆构造不一，作用机理差异大，所以各类锚杆在复杂多变地质条件下，有不同的“支护”效果。根据国内外锚杆支护的成功经验，合理的锚杆支护设计及详细的锚杆监测分析，不仅是煤矿巷道安全的可靠保证，并且是取得社会、经济效益的重要前提。

1、锚杆支护的本质含义以及作用机理

锚杆支护的本质主要指的是利用锚杆来对巷道浅层进行一定的加固，形成稳定的承载结构。在整个服务期间，锚杆进行加固的结构必须保持充分持久的一体性，应该严格避免出现一部分泄漏或者大范围的网兜等现象。在支护过程中形成的承载结构应该有符合相关的承载力要求，这应该通过承载结构的不同厚度、预应力的扩散有效面积以及承载结构内压应力的实际大小来最终实现。例如，动压的巷道需要具有相对较小的承载能力，留巷的巷道相对动压而言需要的承载能力大，而静压的巷道是最小的承载能力。承载结构就像一堵坚固的墙，同时还应该具有可以适当让压的内部煤层体，当发生煤岩体的深部来压时，支护承载结构能够适当地向外推出整体的承载结构。然而，应该保持承载结构的完整性，如果完整性被破坏，会导致支护结构的失效，进而引发冒顶片帮方面的事故。所以，在动压比较强烈的巷道当中

要注意锚杆的长度，过长的锚杆会因断裂丧失整体性。

锚杆所具有的支撑作用主要是表现在两个方面:一方面是连接深部围岩与次生的承载结构，对锚固区的围岩的裂隙张开、离层、产生新裂纹以及滑动等破坏和变形的控制，使围岩的受压状态得以最大限度的保持，从根本上避免围岩拉伸、变形弯曲以及剪切破坏的产生，加强围岩的完整性，提高围岩的稳定性和强度；另一方面是通过锚杆施加相对较大的预紧力，对岩层当中的节理裂隙以及层理等不连续的层面进行压密以及挤紧，增强各个不连续面间具有的抗剪能力，对锚固区的围岩的裂隙张开、离层、产生新裂纹以及滑动等破坏和变形的控制，使围岩的受压状态得以最大限度的保持，从根本上避免围岩拉伸、变形弯曲以及剪切破坏的产生，加强围岩的完整性，提高围岩的稳定性和强度。此外，在实际工程中应尽可能实行一次性支护，从而围岩的破坏以及变形。

2、我国锚杆支护技术发展中出现的问题

2.1 对锚杆支护机理的认识亟待提高

目前，按照一般锚杆的设计方法，使用组合梁，悬吊，拱强化理论进行计算，这一过程只是针对普通巷道提出的，而针对煤炭巷道独有特征的支护原理与设计方法并没有涉及，特别是那些矿井软岩条件以及全煤巷道支护设计问题。所以，现有的技术标准大部分是经验性的，施工与设计过程并不规范。因此我们有必要在研究巷道围岩压力显现规律的基础上，进一步探索锚杆支护理论。

2.2 锚杆的产品质量不过关，锚杆机具不配套

锚杆的材质结构与其力学性能决定了支护的效果，锚杆机具性能是锚杆安装质量与施工速度的重要保障，只有这两者相互配合才能达到稳定支护目的。因此，我们不但要研制特定用途的锚杆结构，而且要加强研制更新锚杆钻装机具。目前，我国井下应用的锚杆强度、延伸性偏低，不能为巷道围岩提供较大的支护阻力，更不能适应巷道围岩的变形，易使巷道顶板产生滑动错位。此外，虽然我国锚杆钻机种类齐全，但结构不够合理，零部件质量和整机性能都急需进一步完善。同时因为使用低性能的锚杆与钻机，不可避免地导致巷道安装锚杆数量偏多且慢，进而影响巷道的掘进进度与成巷速度。

2.3 锚杆监测仪器与监测技术需要提高

监测是锚杆支护过程中确保安全可靠性以及保证施工质量的重要手段。我国高度重视锚杆支护监测，已经开发了一系列的监测和监控设备，但性能偏低，功能不完善，尚未形成一系列配套的综合探测技术。此外，虽然我国已经开展监测工作，但这些工作的反馈和指导却迟迟不能发挥。这主要是因为管理人员基础理论认识不足，监督意识偏低，以及缺乏合理的指正方法。

3、对我国锚杆支护技术发展的展望

3.1 进一步完善锚杆支护理论并发展掘锚新机具

随着岩土工程的发展，锚杆支护理论也得到了极大的丰富，然而却不能合理的指导实际工程，理论的针对性不强。因此加深对巷道围岩支护理论的研究是必然的。要引入先进的科学技术来指导锚杆的使用，这不仅仅需要我们自身加强对锚杆支护的研究还需要加强与国外改行业是技术交流，相互借鉴取长补短，形成自己的并且通用的锚杆支护理论与支护技术。众所周知，掘进机的开采速度与锚杆的安装快慢是决定掘进速度的重要因素，在传统的煤炭开采中，掘进开采与锚杆支护是分开的，而发展掘进与支护同时进行的作业平台是未来煤炭行业的一个重要方向。

3.2 锚杆支护监测技术及设计方法的研究

在完成锚杆安装后需要安装监测设备，以便对锚杆的可靠性进行实时的监测，通过监测数据的反馈进一步指导设计。目前锚杆支护的综合监测内容有：采用十字布点法监测表面位移、采用顶板离层指示仪测试顶板岩层锚固范围内外位移值、锚杆测力计测量锚杆(索)锚固端部和全长的工作阻力。日常监测的内容有：锚杆锚固力抽检、顶板离层、锚杆预紧力矩检测。然而在众多的实际工程中，由于缺乏必要的监测，导致没有得到锚杆实际的设计反馈信息。所以在宣传还要制定一些规定以便在此方面的研究投入更多的精力，继而保证安全生产。

3.3 支护的人员的操作培训

工人是所有工作计划的执行主体，无论是结构合理的锚杆，具有优异锚固性能的高品质螺栓，还是灵活高效的锚杆机工具，精密灵敏的监测仪器，都需要工作人员来操作。中国煤矿施工队伍大部分是理论素质偏低的人员，加上不到位的监督和管理，往往难以保证施工质量。因此，重视和加强锚杆支护技术和施工人员技术培训和岗位培训，有利于中国煤矿锚杆支护技术的发展和普及。

4、结束语

中国在煤矿锚杆支护技术上已有近60年的探索，锚杆支护应用范围已扩展到工作面开切眼，软岩巷道，破裂或复合顶板巷道和受动压影响的回采巷道。锚杆支护技术是一个看似简单，实则复杂的系统工程，有很多影响最终支护效果成败的因素。因此，我们要开发适用于不同形式的保护锚杆和经济实用锚杆钻机，提高锚杆支护安全性和可靠性。同时应该有积极的态度去改善煤巷锚杆支护理论，利用科学实用的设计方法，根据不同种类的围岩巷道地质条件，采用锚杆支护提高整体监测技术。相信通过技术人员的不懈研究探索，锚杆支护技术将会迎来更加迅速发展的时期。

[1]王金华.我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J].煤炭学报，2007.

[2]袁和生.煤矿巷道锚杆支护技术[M].北京:煤炭工业出版社.1997.

[3]王红敏.探讨煤矿锚杆支护技术的现状与发展[J].能源与节能，2013.

[4]鞠文君.我国煤矿锚杆支护技术的发展与展望[J].煤矿开采，2014.

[5]张大才.煤矿矿建工程巷道锚杆支护技术的关键因素研究[J].建筑工程技术与设计，2014.

G322

B

1007-6344（2016）03-0252-01

?