不同条件下锚杆支护方式的应用研究

侯宇斌

(山西潞安工程有限公司，山西 长治 046300）

在采矿工程项目的开展中，当遇到巷道挖掘的施工问题时，常常要根据实际情况采取不同的施工措施。通常需要先将待开采煤层周围的岩体捣碎，再因地制宜选择相应的支护技术支撑住巷道空间，由此保障煤矿的开采具有足够的作业空间，使得煤矿巷道的掘进工作能够有条不紊地进行，而锚杆技术已经成为煤炭行业进行开采作业的首选方案。

1 煤矿巷道掘进中锚杆支护技术的使用条件

通常煤炭行业在进行巷道掘进工作时，首先都会考虑巷道周围岩石的坚固度，它影响着锚杆支护技术的选择。周围岩层足够的坚韧，锚杆支护技术在运用时可以起到很好的支撑保护作用，而且周围岩石的坚固度还在对于地质应力强度的承载负荷能力。足够的坚韧度可以保证在出现地压过大情况时，顶板不会出现位移变化过大的情况，从而较好地发挥出锚杆支护的支撑保护作用。其次，在进行巷道掘进工作时，会对矿山的压力造成一定的影响，导致矿山周围岩层出现变形，而变形发展到一定程度可能引起岩石的断裂，从而挤压到煤炭巷道，挤压会引起岩体位移或者压松煤层的发生，严重时会导致岩层或地表出现塌陷事故。当施工过程遇到矿上压力的作用,导致冒顶、底鼓、煤岩片帮、支架破坏等现象出现时，若不采取有效的措施，可能会导致煤炭施工过程中出现安全事故。另外，煤炭采掘过程会受巷道断面形状及尺寸的影响，在巷道掘进过程中经常会出现不同的断面，不同的断面上又分布着不同的应力，也会影响到锚杆支护技术对巷道周围岩石的支撑作用。

2 锚杆支护技术在软岩巷道中的应用

在选择使用锚杆支护技术前，依照惯例会对地应力强度进行测试，采用钻孔触探的办法来测量井下煤炭岩层的硬度，而钻孔主要是为了衡量地下岩层能够承受多强的压力，从而根据岩层的坚硬度特点合理运用锚杆支护技术。软岩矿井煤层的胶结相对较差，能够经受的强度比较低，遇到水容易发生膨胀现象，而且还容易受到风化作用的影响，因此在进行巷道掘进工作时常常要面临很大的难度[1]。

在进行巷道掘进时，遇到过比较典型的软岩构造，由于其上部的岩层已经进行过回采工程，两个煤层之间的底板距离只有6m，最远不超过9m。另外，煤层之中还隐藏着其他的岩层，岩层的整体厚度积累到了5.99m，倾角达到15～16°，在测量后得知该单轴煤炭能够经受的强度只有4.8MPa,而顶板和底板同为砂质泥岩，其中顶板能够经受的强度为15～25MPa，单轴虽然具有易膨胀的特性，但抗压强度也只能达到23.5MPa，而岩层的最大地应力方向位于N72°E，强度是14.62MPa,最小地应力垂直的主应力是9.68MPa，强度为7.35MPa。基于以上测量数据，当时选择使用树脂全长预应力锚固组合支护作为巷道掘进的工具。

图1 软岩回采巷道锚杆支护布置图

这套工具中的锚杆材质为左旋无纵筋螺纹钢，Φ22mm，长度为2.4m，顶板每排要有距离为900mm的7根锚杆，间隔850mm。如图1所示，每排每帮还要有2根间距为600mm的锚杆，其中预紧力矩为400N·m。等到锚杆安装完毕后，便逐渐开始给锚杆施加预应力，发现产生了受力减少的情况。等到距离巷道掘进的工作面只有19m的时候，发现受力开始有所增加，直到距离工作面119m后才渐渐趋于稳定，而在这个过程中锚杆受力的变化幅度并不大，能够稳定控制在5kN左右。

3 锚杆支护技术在岩石巷道中的应用

在煤炭的巷道掘进工作中，常会采用二次支护的技术手段来解决千米深井高地应力巷道支护工作，但这种技术的弊端在于不能将巷道周围岩石遭遇剧烈变形的情况进行有效控制，因此还要重视对于高预应力以及强力支护技术的使用[2]。潞安工程公司遇到过一个运行了多年-1100m的大巷，它的深度达到1270m，而介于7-9之间的煤岩层走向是300～310°，倾角是30～33°，主要由粉砂岩和中砂岩组成。测量后得知岩石主应力的方向是N3°E，介于22.8MPa和42.2MPa之间，其中垂直主应力为30.5MPa。最重要的是，当时巷道断面形状类似于一个直墙半圆的拱形，宽度是3.7m，墙高2m，还测出巷道掘进时的断面面积大概是12.8m2。基于以上测量数据，选择了用高预应力的树脂加长锚固强力锚杆支护，并且还需要在其中运用混凝土进行加固。

图2 深部层岩石大巷锚喷支护布置

潞安工程公司选择的锚杆材质是左旋无纵筋锚杆专用螺纹钢筋，长度2.4m，锚杆杆体Φ25mm，可经受的最大压断力是400kN，屈服力为294kN,延伸率达到18%，如图2所示，顶板和锚杆的排距是800mm,每排设置有12根锚杆，底板的锚杆设为每间隔1000m就排有3根，距离为800mm。等到开始进行巷道掘进时，还在其中喷洒厚度30mm的混凝土，加固了锚杆的支撑力，而且还能将巷道中超挖的部分填上。等到锚杆安装完毕后，便开始在掘进工作面50m处对锚杆进行施工，并再次喷洒混凝土120mm用来加固。后来在巷道掘进工作进行到11d，距离达到22m时，发现顶部较浅部分的离层量达到了33mm，而深部离层量则达到了9mm，总离层量是42mm。在掘进过程中，潞安工程公司发现锚杆的受力范围是105～125kN，顶板锚杆的受力则达到了100kN，在巷道中进行的整体掘进工作比较顺利，而且几乎没有产生位移的变化。因此，高预应力的树脂加长锚固强力锚杆支护能够适合千米深井应力岩层的支护要求。

4 锚杆支护技术在动压强烈巷道中的应用

煤炭巷道掘进工作的开展需要顾及到方方面面的因素，而锚杆支护技术的选择同样也与巷道开挖表面的岩层构造有关[3]。因此，在应用锚杆支护技术时，可以选择效果最佳的锚杆支护技术，控制围岩离层或滑动等不利因素所造成的影响。一些煤矿在长时间的生产中，会形成巷道掘进与采煤工作对穿的强烈动压，会影响到巷道掘进工作的安全。2202巷道工作面正在进行回采工作，与潞安工程公司目标巷道2203之间相距23m，其中还有一条回风巷需要进行掘进作业，但由于2202巷道正在回采，所以潞安工程公司工程师决定让2203巷道掘进工作在2202巷道回采前尽快开展。当时是需要先掘进埋深为325～396m的瓦排巷，其中煤炭岩层的单轴抗压强度为8MPa,直接顶是泥岩成分，测量的厚度是3.62m，之后再掘进回风巷，因此瓦排巷在掘进时难免会受到回风巷掘进以及2202巷道回采的影响。后来基于对数据信息的分析，认为瓦排巷的施工应选择高预应力、全长预应力锚固、短强力锚索的支护方式。

其中锚索的索体是长度为4.3m的1×19的Φ2mm钢绞线。端部使用树脂增加预应力，锚固使用水泥浆即可。其中锚索上的托板是300mm×300mm×16mm的能经受高强度的可调心托板，锚索排距为1200m，每排设间隔900m的5根锚索。施工后发现这种支护方式确实可以很有效控制离层和位移的情况，能够让巷道在施工中可以保持围岩完整，为掘进工作起到了良好的支护效果。

图3 全断面锚索支护布置图

5 结语

煤炭巷道掘进工作的顺利进行，必须要做好巷道岩层的支护工作。在施工过程中，要提前对煤岩层进行考察测量，综合分析矿山地质地貌特点，综合分析测量出数据信息，再合理选择锚杆支护工具，还要及时做好巷道掘进的保护工作，确保锚杆工具的支撑强度能够保障巷道工作的安全性，从而保证工作人员的生命安全，使得工程项目能够安全进行。