锚杆支护技术发展现状与展望

程 续 张向东 叶文龙

(辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁 阜新 123000)

0 引言

锚杆支护技术在巷道支护中已拥有100多年的发展历程，最早是1912年在Xie in erz(Germany)上提出。我国在20世纪50年代开始使用锚杆支护技术，1978年正式推广，20世纪90年代，我们从澳大利亚引进了更先进的技术，并进行了广泛的推广应用[1]。经过多年的研究与应用，锚杆支护技术得到了长足的发展，成为我国巷道支护的主要形式之一。

1 锚杆支护技术简介

1.1 锚杆分类

锚杆大体上可以分为金属锚杆和非金属锚杆两类，不同类型的锚杆适用范围和作用效果是不同的，金属锚杆有：1)缝管式锚杆；2)涨壳锚杆；3)楔缝锚杆；4)倒楔锚杆；5)胀管式锚杆；6)中空注浆锚杆；7)复合锚固锚杆；8)树脂锚杆；9)水泥砂浆锚杆；10)水泥锚杆。非金属锚杆有：1)木锚杆；2)竹锚杆；3)玻璃钢锚杆[2]。

1.2 锚杆支护机理

在进行巷道开挖时，岩体的应力平衡状态会遭到破坏，应力场重新分布，为了防止巷道发生坍塌保持其稳定性需在掘进后进行支护。锚杆加固技术是一种柔性加固技术，其实质是通过岩石和土壤的承载力，使岩体的稳定性得到提高。同时加固体不被破坏[3]，对围岩的作用主要是组合梁作用和挤压加固拱作用[4]。

1.3 锚杆支护特点

1)支护成本低。与传统技术相比，锚杆技术在材料利用方面具有很大的优势，有效地减少了巷道支护材料投资和运输，大大降低了支撑材料的成本[5]。锚杆支护不需要占用太多空间，不占用巷道的工作段，所以在开挖巷道时，隧道断面可以适当减小，可以减少开挖工作，有效降低开挖费用[6]，同时由于支护面积缩小和锚杆支护的稳定性好使得维护成本也得以降低。

2)施工难度低。由于锚杆支护中使用的材料较少，材料运输的工作量大大减少，施工进度明显加快，这为加速掘进创造了相当便利的条件[6]。在采矿过程中，因为所用原料的减少，在支撑过程中，施工难度会降低，同时保证了采矿的安全性，显著降低矿工的工作量。锚杆支护结构简单，劳动强度低。它可以紧跟开挖面，为提高开挖速度提供了有力的保障[6]。

3)支护作用迅速。与传统的支撑方法相比，在锚杆支护中使用的源料较少，并且可以机械化施工。在隧道开挖中，它显著加快了运输速度，提高了支护的效率。锚杆支护的施工工艺简单、方便，可在掘进之后立刻进行施工，在快速掘进过程中对围岩支护进行机械化施工是非常有利的[5]。

4)支护效果显著。锚杆支护的支撑原理是主动支护。施工后，锚杆可以在围岩的深部加固，它可以快速地构造一个完整的承载结构，利用周围岩石的自身强度，达到充分施展围岩自承载力的目的，它在巷道围岩的安全性和稳定性方面有着积极的作用[6]。

2 我国锚杆支护技术发展现状

我国锚固技术的应用时间并不长，早在100多年前，国外就已经采用了锚杆支护技术。国内发展相对较晚，直至20世纪的中后期我国的一些矿山中才开始大量使用该项技术。与国外相比，我国的锚杆支护技术经历了起步、攻关、消化、推广四个阶段。1)在20世纪80年代中后期，通过对煤矿锚杆的应用研究，研究了锚杆技术的基础。2)从1991年到1995年，作为重点推广项目进行了深入的研究，并逐步应用于各种类型的煤矿；3)1996年—1997年的引进和消化阶段，引进先进技术和国外锚杆支护理论后，我国开始结合本国国情和实际工程要求进行自主研发，形成了拥有自主产权的锚杆支护技术；4)从1998年到现在，锚杆技术处于推广阶段，采用锚杆支护的比例一直在上升，且已经走在了世界前列[7]。

3 锚杆支护技术存在的问题

我国在矿山开采和隧道建设工程中大量使用锚杆进行支护，锚杆技术日益成熟但仍然存在着一些亟待解决的问题。

1)锚杆支护理论不够完善。目前，我国锚杆支护的计算主要还是以传统的悬吊、组合梁、加固拱原理计算得出，该理论最初的设计原理能满足一般巷道支护要求，但在某些特殊的工程中无法满足要求。

2)在研究锚杆支护理论时没有将理论与实践结合起来。工程设计、施工过程等对锚杆的支护效果有着很大的影响，也必须对这些方面进行研究，目前缺少对该领域的深入研究[3]。

3)监控系统不够科学和完善。监测在工程施工中起着重大作用，可及时发现工程隐患，为技术的改进提供依据，但目前在锚杆支护领域缺少完整配套的监测体系和设备。

4 锚杆支护技术发展的展望

经过60多年的发展，我国锚杆支护技术已经有了飞跃式的发展和巨大的成就，但仍有一些问题值得继续深入研究：

1)加强围岩的地质力学环境试验和分析，包括应力分布、相互作用、围岩的结构和围岩的强度，对围岩的物理力学性质还需进行深入的研究和分析[2]。

2)锚杆支护理论还需进行深入的研究。锚杆支护技术的理论有很多，但是在实际工程中这些理论的应用性较差，所以有必要加强对于锚杆支护理论的研究，同时积极同国外专家合作，吸收国外的先进理论。

3)加强锚杆防腐技术的研究。由于锚杆长期埋藏于地下，在地下环境的影响下容易产生锈蚀，为提高锚杆的使用寿命应进行锚杆防腐以及预应力锚索在冲击、地震、变压、冻结、高温等特殊条件下的锚固稳定性的研究；对现有的防腐技术进行改进，研发出新型高效的防腐技术[8]。

4)开发新的支护材料。目前我国的锚杆在生产过程中缺乏相应的检验和监督。因此，必须严格审查锚杆生产的质量，进一步提高锚固材料的性能，研究拥有更高性能的新型锚杆[6]。研究开发新型树脂锚固剂，提高其强度和刚度，增加围岩与锚杆之间的粘结强度，使锚杆尽早预紧，满足快速加载的要求[9]。

5)加强技术人员的培训。所有的技术和设备都需要由人来操作。只有提高人的综合素质，才能保证施工质量。所以，对我国从事锚杆支护技术的施工人员进行有效的培训是相当重要的，这有助于我国锚杆支护技术的长远发展。

5 结语

几十年以来，我国的锚杆支护技术在不断发展中取得了惊人的进步，在各种工程实践中也取得了成就，但是仍然有一些我们亟待解决的问题，诸如：锚杆支护理论不够完善；监控系统不够科学和完善等，未来我国锚杆支护技术发展中应当重点加大对锚杆支护机理、锚杆支护监测系统等方面的研究，除了改进现有技术，还应开发一些新技术，为煤矿和隧道建设提供有效的技术支持[10]。

[1] 白孝功.试论锚杆支护技术存在的不足及发展前景[J].现代经济信息,2014(5):324.

[2] 康红普.我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J].中国矿业大学学报,2016,45(6):1071-1081.

[3] 吴 峰.锚杆支护技术的发展与应用[J].科技创业,2016(21):115-116.

[4] 薛凤强.谈煤矿巷道锚杆支护技术应用及发展[J].工业技术,2012(4):105.

[5] 张俊福.锚杆支护技术的发展及特点[J].山西煤炭管理干部学院学报,2013,26(3):32-33.

[6] 刁先锋.浅议锚杆支护技术[J].机电工程技术,2015,44(7):221-222.

[7] 蔡跃章.浅谈煤矿锚杆支护技术现状与展望[J].科技与企业,2014(19):107.

[8] 和树栋.锚杆支护技术现状及发展方向探讨[J].现代矿业,2015(5):149-151.

[9] 徐万军．浅谈我国煤矿锚杆支护技术的现状与发展[J].煤矿天地,2009(4):12-16.

[10] 吴建平.试析煤矿锚杆支护技术现状与发展[J].科技与创新,2015(11):122-124.