锚杆外部构件在深部巷道中的应用

孟凡勇

摘 要：本文通过不断探索锚杆体与外部构件匹配技术，加强巷道矿压观测，掌握巷道矿压显现规律，采取有针对性的巷道支护和围岩控制技术，取得了较好的支护效果。

关键词：巷道支护 锚杆支护 外部构件

双鸭山矿区随着开采浓度的不断增加，巷道围岩条件也在不断地变化，压力逐渐增大，矿压显现剧烈，巷道支护越来越困难。双矿集团不断研究优化巷道支护，大力发展锚杆支护技术，锚杆支护率由1995年的50%，发展到现在的95%以上，锚杆支护材料巳由原来的木锚杆、倒楔锚杆、管缝锚杆，发展到∮18-22mm的全螺纹钢锚杆，锚固力由原来的不足5吨，发展到7-13吨，目前大部分为端锚，这就要求锚杆的外部构件必须与锚杆的支护能力相匹配，才能充分发挥锚杆的作用。

1、锚杆外部构件作用机理

锚杆是由杆体、锚固粘结体和托板三者组成，托板与辅助托板、网、梁等构成外部构件，其中托板对锚杆作用的发挥有重要影响，托板是产生锚托力的主要构件，同时对剪锚力也产生重要影响。托板通过挤压围岩表面提供锚托力，特别是与锚带、锚梁、网相结合，形成封闭式的结构，可明显改善巷道围岩受力状态。对于端锚锚杆，主要是依靠托板与岩体接触，压紧岩石，使围岩处于三向受力状态，阻止围岩表面破裂和变形。托板受载后将力仁慈给辅助托板、网、梁及锚杆杆体等，又进一步约束围岩破裂和变形，提高围岩的稳定性。特别是在软弱围岩中，托板、网梁等外部构件的作用更大。对于全长锚固锚杆，托板也有重要的作用，托板产生锚托力，瑞通过锚托力而对剪锚力产生影响，但托板损坏后，锚杆仍具有锚固作用。

2、锚杆外部构件类型及影响因素

托板及其它外部构件的性能与锚杆性能应相互匹配，才能充分发挥锚杆的支护能力，托板及其它外部构件强度不够，都会导致巷道不应有的破坏，降低锚杆的作用。影响锚杆外部构件作用的因素有托板及其它外部构件的型式、材质、尺寸及围岩的变形量。

（1）铁质托板

铁质托板一般使用铸铁、废旧工字钢或U型钢整平制作，有圆形托板、四方形托板、矩形托板及压制而成的球面和锥形托板等。托板的尺寸要适中，太大一是不经济，二是托板承受的载荷过大，太小易鉆进围岩风，影响锚杆锚固力。若托板太薄则易被锚杆拉进陷入岩体内，使边角离开岩面。三角形托板因尖角处易压碎岩石故不使用于软岩，只使用于硬岩。钢板托板的破坏形式主要是，托板的角易向上翘曲而破坏。平面托板易与岩面呈点接触，易使岩石压碎而丧失支承能力。

（2）辅助托板

辅助托板一般使用木质、水泥、镁菱土等材料制作，有圆形托板、四方形托板、矩形托板及压制而成的球面和锥形托板等。辅助托板的尺寸一般比较大，用于煤巷两帮及软岩巷道，垫伏在铁质托板下面增加受力面积，防止托板钻进围岩内，提高锚托力。辅助托板的破坏形式主要是，木质托板易压扁出现裂缝。水泥、镁菱土托板易压裂而丧失支承能力。一般用于巷道两帮压力不大的巷道。

（3）其它外部构件

锚杆其它外部构件，包括W钢带、锚梁、金属网、塑料网等。W钢带的破坏形式主要是锚带的边翘起、变形大而撕裂折断、锈蚀损坏等。锚梁的破坏形式一般是压扭、切断、弯曲、开焊等。金属网包括经纬网、菱形网等，破坏形式主要有锈蚀、从接茬处开裂、放炮等原因引起网格不均匀等。

3、应用及观测分析

（1）顶板支护形式

①锚杆支护，使用全螺纹钢锚杆配铁托板支护，托板采用铸铁、废旧工字钢抽筋或U型钢整平制作，圆形托板、四方形托板、矩形托板及压制而成的球面和锥形托板，直径不小于110mm，使用废旧工字钢抽筋或U型钢整平制作托板时平面积不小于90cm2。此支护一般用于顶板较完整的Ⅰ、Ⅱ类围岩巷道。

②锚梁支护，在锚杆支护的基础上，沿巷道化倾向加钢筋梁支护，钢筋梁采用Φ12mm以上圆钢制作，宽度90mm，沿长度方向每800mm焊接一处。此支护形式一般用于Ⅲ类顶板较完整的巷道。

③锚网带支护，采用全螺纹钢锚杆配铁托板、W钢带、金属网支护，一般用于Ⅳ、Ⅴ类围岩巷道。

（2）两帮支护形式

①锚杆支护，作用全螺纹钢锚杆、管缝锚杆、预应力钢丝绳锚杆配铁托板支护，此支护一般用于1.3米及以下煤层的Ⅰ、Ⅱ类围岩巷道两帮。

②锚网支护，在锚杆支护的基础上，为防止煤层片帮，加网封闭围岩。网采用金属菱形网、经纬网、塑料双抗网。此类支护一般用于Ⅲ类围岩巷道两帮。

③锚网梁支护，在锚网支护的基础上，在托板与网之间沿走向或倾向加钢筋梁，可增强两帮抗变形能力。此类支护一般用于Ⅳ、Ⅴ类巷道两帮。

（3）支护要求

要求托板紧贴岩面达80%以上，避免形成点接触，造成受力不均匀而影响支护效果。

（4）矿压观测

通过对9条采准巷道进行不同程度的锚托力观测得出，二层煤巷道开挖影响阶段锚托力变化值上帮为4.7-36.9kN，下帮为5.5-33.8KN，顶板为4.7-35.3KN。均达到或超过托板承载能力。四层煤巷道开挖影响阶段锚托力变化值上帮为6.3-11.2 kN，下帮为1.57-12.3KN，顶板为0.8-15.4KN。均小于托板承载能力，满足要求。

4、支护效果

对同一条巷道，锚杆托板的支护效果，与巷道不同受力条件及服务阶段有关。回采引起的围岩变形量要比掘进阶段大得多，如东荣二矿-500轨道巷，掘进开挖及稳定阶段两帮变形量为111mm，顶底移近量为41mm，而回采影响阶段两帮移近量为473mm，顶底移近量为373mm。巷道是受一侧采支影响，还是受两侧采动影响；是受一次采动影响还是受多次采动影响，对巷道的变形破坏影响较大。另外，巷道布置在采空区上下部，还是布置在煤柱支承压力带，是跨采还是留设煤柱，是留双侧煤柱还是留单侧煤柱，跨采期间巷道是无煤柱送巷还是留煤柱掘巷，以及掘巷时上区时采空区稳定程度等，都将对锚杆托板的使用效果产生不同影响。

由观测分析可知，目前使用的金属托板，在回采面采过之前，均满足需要。超载时均发生在轨道巷回采面采过之后，这就要求区段轨道巷中，需要更换承载能力较大的托板，才能满足安全生产需要。对于受地质构造、支承压力等影响的巷道，铁托板易引起崩裂损坏。对于木质辅助托板，有一定的压缩性，能吸收部分变形能，木质较差时，压缩量小，易引起开裂损坏。水泥、镁菱土辅助托板，为脆性钢性支护材料，在压力较大的巷道使用较差，易引起断裂损坏。从使用情况看，木质辅助托板优于水泥托板，水泥辅助托板优于镁菱土辅助托板。金属经纬网及塑料双抗网有的地点，易因放炮、变形等引起网格不均，影响支护效果，金属菱形网使用效果较好。对于全锚方式，托板破坏后，锚杆仍起一定作用。

5、结论及建议

（1）锚杆外部构件的使用，必须根据巷道的服务年限、阶段选择，并进行矿压观测优化设计，才能使锚杆外部构件不断适应各种困难条件下的巷道围岩控制，推动支护改革发展，提高安全性及经济效益。

（2）锚杆铁托板是锚杆实现锚固力的关键构件，在巷道开挖及稳定阶段，基本能够满足要求，在回采影响及以后，易因锚托力及变形量大等引起破坏，需采用增设支架或选择开发使用高强度的铁托板，推广应用全锚锚固技术等方式，确保支护安全可靠。

（3）木托板要保证材质规格要求才能发挥效能，水泥托板、镁菱土辅助托板难以适应压力变形较大的巷道，研制开发高强度或有一定可缩性、经济性强的辅助托板是发展方向。

（4）对于W钢带在淋水及服务年限较长的地点使用时，要加强检测，因锈蚀强度达不到要求时及时采取加强支护措施。

（5）对于金属及塑料双抗网，要提高编制质量，在条件允许的情况下，采用滞后挂网，迎头挂网及时喷浆封闭等方式，防止放炮打坏，影响支护效果。对于服务年限较长的巷道，为防止金属网锈蚀，需及时喷浆封闭。endprint