矿建巷道用支护锚杆参数的选择与优化

魏文祥

（河南能源新疆龟兹矿业，新疆 库车 842000）

引言

作为当下煤矿开采的主要方式之一，地下巷道方式的有效应用事关煤炭生产的稳定与高效。就当下巷道掘进技术的发展而言，通常包含了破岩以及巷道支护等几个主要部分。而在巷道掘进作业的开展过程中，为了保证巷道的稳定以及周边围岩的牢固，也必须采用可靠的支护方式。故加强支护锚杆参数的选择与优化创新也尤为必要。

一、矿建工程巷道掘进锚杆支护技术的特点

（1）锚杆支护机械化程度高。在以往的煤炭开采工作职工，我们采用的都是棚式支护，这种支护形式已经不适应时代发展的需要了。工业发展越来越快之后，机械化的工作越来越受到人们的重视。锚杆支护技术就是较大范围内的应用了机械化。由于棚式支护在实际操作的时候需要人为的去施工。锚杆支护技术不需要人为去安装，节省了人力资源，降低了安装工人的危险性。（2）锚杆支护技术科技含量高。我们知道锚杆支护技术更多的应用了先进的技术，在未来的发展过程中，我们需要加大对支护技术的提升。在实际施工的时候，需要结合工程的实际状况对自己的技术进行升级。也可以引进先进的技术或者系统，例如BIM技术，通过模拟在巷道中的支护工作，发现并解决问题，保证巷道的安全。（3）锚杆支护技术支护强度高。锚杆支护是对巷道内壁的岩石和土壤等进行加固，防治其出现塌方的事故。锚杆支护技术比以往的支护技术，不仅仅方便了施工，更提高了巷道的整体支护强度。在实际施工的过程中，需要根据巷道的具体情况进行分析，对于一些土质或岩石较为松懈的地方需要延长锚杆的长度，或者加大对锚固剂的使用。（4）锚杆支护技术具有灵活多变的特点。锚杆支护技术是为了保证巷道的安全性，但是每个煤矿的实际情况又存在着差异，为了保证锚杆支护技术的顺利应用，需要使用人员根据工程实际状况进行调整。在开展矿建工作的时候，需要制定一个系统性的施工计划，并制定施工组织设计，施工的时候严格按照施工组织设计开展工作。对于一些强度要求较高的土质需要施工人员采用强度高一些的支护技术。

二、巷道掘进锚杆支护技术的应用

（一）巷内支护

1.基本支护

在巷道掘进锚杆支护技术应用的过程中，需要有关施工人员能够了解该技术相关知识的同时，还能掌握有关技术应用的要点，结合实际情况进行合理的应用，以起到良好的支护作用，发挥出该巷道掘进锚杆支护技术的作用。就巷道掘进中支护工作的类型而言，主要分为巷内以及巷旁支护，而巷内支护是最为基本的环节，做好其中的基本支护工作也是基本的要求，而要想真正提高基本支护的水平，就需要做好以下几点：首先，在实际进行基本支护的过程中，需要有关人员能够注重对于支护形式的确定，结合实际预应力、锚杆以及这支护系统方面的要求进行合理的选择，可以加强锚索与强力锚杆之间的预应力，加强各个环节的控制，以保证围岩以及周围环境的稳定性以及为安全性。其次，还需要做好支护材料的准备工作，因为围巷道里的围岩是容易被破坏的，所以在进行挖掘作业的过程中，就要注意尽量选择具有高延伸性以及高韧性的支护材料，通常而言，锚杆的组合构建为钢带，以保证作业环境的稳定。最后，还需要加强支护参数方面的考量。采用数值模拟的方式来进行实际对比，然后总结矿建工程的实际经验，则能确定锚索和锚杆支护的具体参数数值。

2.加强支护

在进行巷内支护的过程中，除了要做好基本的支护工作外，还需要注意加强支护，以更好的保证围岩的稳定性，推进相关作业的顺利进行。为此，这就要求有关单位以及工作人员能够积极的采取有效的控制措施，一般而言，在加强支护的作业阶段，可以采取以下措施。首先，就是单体支柱配顶梁，这种措施具有一定的应用效果，该加强支护的设置，可以预防顶板的下沉，并有效控制顶板岩层离层，很大程度上可以保障顶板的完整性，以及为巷道掘进作业提供安全宽敞的施工空间，从而保证掘进作业顺利运行。其次，还可以专门设定的加强支护液压的支架。在这一加强支护的设置中，主要是有顶梁、底座、立柱和四连杆等方面机构做成，通过采取该措施，能够进一步实现其推拉的自由移走。

（二）巷旁支护

在巷道掘进锚杆支护技术中，巷旁支护也存在较多的形式，而应用最广地是充填式巷旁支护。该类支护方式在充填体变形性能以及充填体的强度性能方面具有较高的要求。一般来说，只有具有较好的变形性能和较高的强度，才能有效适应基本顶岩层旋转下沉引起的变形，并且保证巷道内足够的断面积。充填式巷旁支护主要采用泵送方式，具体内容为：根据充填式巷道支护的要求，需要使用良好泵送性能的填充材料，且充填体上方的顶板也需提前做好锚索和锚杆支护等两者之间的工作。同时，煤壁的位置需要沿着巷道长度5cm，且朝下3cm的工作范围进行巷道掘进以及锚杆支护工作。并在锚杆支护工作时，将左旋无纵筋螺纹钢锚杆的直径和长度进行相应的设置，一般将间排距设定为1000mm×900mm。然后在每排位置布置4根锚杆，均采用金属网及钢带进行护顶。

三、矿建巷道用支护锚杆参数的选择

由于矿建巷道所需的锚杆及配套托盘的数量非常大，因此优化锚杆及托盘参数对降低生产成本极为重要。本文主要的参数选择与优化思路如下：在满足支护强度的前提下，应该以尽量减小锚杆数量和控制生产成本为出发点，对锚杆直径、长度与间距以及配套托盘的厚度进行选择优化。

（一）锚杆直径和长度

锚杆直径是锚杆的主要参数，直径越大，所承受的拉应力越大。本巷道初选目前广泛应用于矿井建设的直径为Φ20的螺纹钢锚杆，长度为2m。锚杆及托盘的主要参数如表1所示。

表1 锚杆及托盘参数

（二）锚杆间距

锚杆间距是锚杆支护作业中的重要参数，如果锚杆间距过大，能够降低生产成本，但是支护强度得不到保证；锚杆间距过小，支护强度高，但锚杆数量过多会造成锚杆的浪费及生产成本的增加，所以需要对锚杆的间距进行优化。查阅相关资料，煤矿巷道中锚杆间距s（m m）可由下面的经验公式计算：

其中：d为锚杆的直径，mm；L为锚杆锚固段的长度，取为0.3m；τ为锚杆的材料强度，取为240MPa；l为锚杆的长度，取为2m；q为顶板间压强，取为0.3MPa；K为顶板的安全系数，一般选择3～6，在此选择5。将上述各参数代入式可得：

取锚杆直径d＝20mm，所以计算s约为700mm。井底巷道断面的锚杆布置示意如图1所示。

图1 井底巷道断面图

四、锚杆托盘优化

（一）承载力分析

通过对比得到托盘位移承载力曲线变化图形，可知：①随着托盘位移量增加，两类托盘载荷逐步增强，且变化幅度基本一致；②在新旧托盘位移量相同时，新型托盘载荷超过原有托盘载荷高达100%。

（二）锚杆预紧力转化效率

锚杆预紧力转化效率是评价重要托盘性能的指标，其中新型托盘相对于原有托盘增加了球形垫圈和减摩垫片，转化效率对比结果如图9所示。可知：①随着锚杆预紧力矩的增加，锚杆预紧力也在上升，但新型托盘比原托盘上升速度要快；②在同一锚杆预紧力前提下，新型托盘相对于原托盘预紧力提高了60%以上，加固支护效果也会明显提升。

结束语

综上所述，矿建工程巷道掘进锚杆支护技术的应用对提升施工的安全性以及稳定性方面发挥着巨大的作用，对提升我国矿建工程现代化建设的水平，保障矿建工程工作人员的生命安全具有重要的现实意义。近年来，随着我国社会科技的不断发展，矿建工程对巷道掘进锚杆支护技术的要求也越来越高，相关企业应该加大锚杆支护技术的科研力度，不断发展和完善锚杆支护技术，让其在矿建工程领域发挥更大的经济效益。