论锚杆支护技术应用与矿压显现特点

蔡国彬

摘要：支护参数设计是实现巷道稳定性的关键所在，当支护形式确定后，参数设计正确与否将直接影响支护效果和经济效益。为支护参数设计所提供的支护强度不够，即使支护形式是合理的，也不能控制巷道围岩的变形和破坏，最终导致巷道不得不翻修，影响正常生产和经济效益；锚杆支护巷道围岩矿压显现规律也有差异；笔者以某矿现场观测的数据表明，典型的矿压显现现有三种情况；巷道水平变形大（两帮相对移近量达）；巷道底鼓变形大；巷道垂直变形大。

关键词：煤巷；锚杆支护；围岩分析

锚杆支护具有同传统的被动支护完全不同的支护特性，它具有主动支护和加固围岩，以及保持围岩完整性，减少围岩位移，同时还具有支护费用低廉的特点，但是，锚杆支护只有在一定的生产和地质条件下才能取得理想的支护效果。即将围岩暴露后没有产生大面积的松动破坏和片帮冒顶现象，在某种程度上仍保持为一个整体。在此前提条件下进行安装锚杆，使围岩体得以加固。现场实践表明，盲目使用锚杆支护导致围岩破坏，造成损失，影响生产。因此，必须进一步改革锚杆支护形式，使之提高使用效果，充分发挥锚杆支护的优越性。

一、锚杆支护在煤层中的应用

虽然是同一煤层，采取同一种支护方式，但地质条件有所不同，支护效果却不同。一般情况下，直接顶为深灰色细砂岩，厚4～5 米，成分石英及暗色岩屑，呈条带状；冲涮带内为砂砾岩；伪顶为深灰色砂质泥岩，厚度为0～1.5米，硅质成分，含植物根化石，底板为深灰色砂质泥岩，厚度为1～1.5米，硅质成分，含植物叶化石。成巷期间巷道围岩很稳定；由此可知，围岩暴露出来后，通过支护，基本保证了岩体的完整性，较适应锚杆支护，但是水平变形较大，这主要是由于两侧煤体比顶、底板弱，稳定性差造成的，应当加强帮锚杆支护，如增加帮锚杆长度，增加帮锚杆密度等，改变上下两排帮锚杆角度，使这两排帮锚杆尽量锚固在顶、底板里。

还有一种情况，直接顶为灰色粉砂岩—砂质泥岩，厚为1.8米，硅质胶结，砂泥质成分，含大量植物化石，上部有一层厚0.2～0.8米的煤线；伪顶为深灰色砂质泥岩，厚0.1～0.5米，泥质成分，含植物根化石。在此条件下，同样采取了常规锚杆支护方法，可效果却完全不同，成巷期间很不稳定。表2是巷道掘进期间的矿压观测数据。不难看出，围岩暴露后，自稳时间短，未能通过锚杆支护将围岩加固成一个整体，松散范围逐渐扩大，从而造成破坏区岩体的残余强度也逐渐丧失，直至产生冒落。T1451風道掘进期间，其矿压显现待掘时，长10米的巷道突然垮落下来，从上顶观察来看，锚杆上段来看未能锚在坚固的岩体中，而是锚在了软弱的煤线上，所以在此条件下不适应常规锚杆支护，应该在设计上根据具体情况，采取全锚，加密锚索等。

二、巷道矿压显现的特点

（一）暴露围岩的自稳时间短

松软破碎围岩在掘进过程中，工作面前方就开始形成破坏区，围岩暴露出来后，未能及时支护，从而造成破坏区岩体的残余强度逐渐丧失，直至产生冒落。片帮等现象。五煤层水平变形大，就是反映了两帮锚杆支护滞后，忽视了护顶先护帮的原理；八、九合区煤层以底鼓变形大，同样反映了由于弱面的存在，支护也未能跟上。因此，自稳时间的长短是决定掘进巷道锚杆支护的主要因素。

（二）围岩从四周向巷道内移动

巷道一旦被挖掘后，就会失去原岩应力状态，支护就是抵抗围岩失去平衡的支护结构体，因为破坏区是环绕巷道四周的，故围岩暴露后，顶、底板和两帮向巷道内移动。有统计数据说明，支护后，锚杆与围岩的接触条件和支护的结构特点决定着围岩与锚杆支护的变形和破坏特征。对围岩来说，哪一部分围岩强度较弱，该部分的移动变形量就越大，成巷后的围岩变形首先要在弱的一面发生。另外，哪一部分没有支护或支护较弱，该部分的移动量就较大，甚至发生破坏。所以对软岩巷道来说，那种认为哪一方向变形破坏严重，哪一方面围岩压力较大的看法是不全面的。

（三）围岩流变形显著，趋于稳定的时间长，围岩的移动量范围较大

由统计数字表明，锚杆支护引起巷道周围的应力重新分布，拱型支护 巷道一般影响范围为80米，稳定时间为11天左右；从支护与围岩作用分析来看，拱型支护只是等劲，带破坏区向巷道四周移动过程中逐渐作用在支架上，然后支架才起作用，是一种被动支护；在巷道周边处环向集中应力最大，向着围岩深处逐渐降低，而围岩强度高低情况则相反，实际上，任何一点的应力一旦达到或超过岩体强度，岩体就会发生破坏，同时最大集中就移向岩体深处，趋于稳定的时间越长；锚杆支护巷道影响范围小，一般40米稳定时间在3天左右，由此可知，锚杆支护可以将岩体加固成一个完整的岩体，这是筑成增加抵抗能力的主动支护，所以使用围岩内的应力处处都不超过岩体的登时强度，致使围岩达稳定状态。

三、五点建议

（一）综上所述，对煤巷锚杆支护巷道根据围岩的工程性质和矿压显现特点，通过对围岩变形的监测，按具体情况采取各种支护措施控制和提高包括破坏区以内的巷道围岩强度和稳定性，使巷道在服务区内不需要进行维修。

（二）提高围岩的自稳能力，如对松软的顶板或煤体采用拱顶形式支护。

（三）及时支护，防止破化区域面积增大。如两帮锚杆支护应与顶锚杆支护同步进行，才能保证围岩的稳定，滞后必须有专人紧固螺丝。

（四）采用闭和式锚杆支护关键是控制底鼓，并使锚杆有足够的承载能力。如采用带低拱的锚杆支护，或改变锚杆设计，控制底板变形或变形范围，以达到有利于帮、顶锚杆支护的稳定。

（五）锚杆支护必须保证围岩均匀受力。endprint