煤矿矿建工程巷道锚杆支护技术探讨

熊宇峰

（太原华润煤业有限公司原相煤矿，山西太原 030000）

0 引言

煤炭是我国重要的能源之一，因此煤炭的生产一直被社会大众关注。煤矿开采巷道的稳定性决定着煤炭开采的安全和效率，在巷道掘进作业中，尤其是破岩和支护，必须保证巷道的稳定性和周边围岩的牢固性，可靠的支护方式是提高巷道安全性的保障，不断提高支护的技术水平并创新是很必要的。有些地区的煤矿开采地质条件相对复杂，给采场和巷道支护造成影响，需要结合煤矿企业的自身发展做出调整，以控制成本。本文对采用锚杆支护巷道的技术进行了详细的阐述，锚杆支护能够提高巷道的稳定性，降低煤炭开采的成本，因此有一定的推广意义。

1 锚杆支护技术的概念

传统的开采通常使用的支护技术为棚室支架，当前发展的支护方式为锚杆支护技术，这种技术的优点是能够提升巷道的整体支护效果，并保证岩体的稳定和整体性。如果在掘进的过程中发现部分岩石不稳，就可以采用锚杆进行悬吊加固，在锚杆技术的应用过程中需要使用锚固剂以及托板等构件，将锚杆与周边的岩层结合起来，形成一个稳定的支护系统，提高采煤工作面的稳定性和开采效率。相比较于棚室支架支护技术，锚杆技术能够节约支护成本，提升稳定性。

2 锚杆支护的作用

2.1 加固拱

煤矿井下的拱顶巷道数量较多，通过锚杆的轴向作用，在巷道围岩的内部能够形成拱形的压缩带，在这样的情况下，围岩的应力状态就会被改变，从双向受压或者单向受压的状态变成三轴受力的情况，这种状态能够加强环向抗压的强度，让压缩带承受自身的重量，也能够让压缩带承担外部的荷载。

2.2 受力体系转移

通常开采过程中开挖出来的巷道存在老顶坚固而直接顶比较薄弱的情况。这时采用锚杆结构就能够将直接顶中不太稳定的岩石结构的受力传递到老顶上去，提高直接顶的整体稳定性。这样锚杆承担了来自围岩的重量，加强整个巷道顶部的整体性。

2.3 锚杆支护在煤矿中的应用

根据采煤的要求，回采的巷道一般采用矩形断面，在采掘作业面上通常设置切眼来方便才没设备的安装，因为采煤的设备越来越大，因此开切眼的断面也会相应越来越大，为了确保采掘过程中巷道的稳定，就必须对巷道进行有效的支护。比如某煤矿主要通过厚煤层实施一次性的采全高，井下的煤层厚度大约在4m，煤层松软且易破碎，巷道顶是砂质泥岩和泥岩组成，裂隙的发育比较明显，包含软弱加层，需要功率和尺寸相对较大的采煤设备，因此增加切眼断面，在某种程度上加宽了巷道的宽度和支护难度。在这种情况下，必须使用锚杆支护的方法。

3 煤矿锚杆的支护特点和现状

采用围岩受力计算理论，由于锚杆技术是属于主动支护，锚杆打入岩层中后可以起到加固围岩的作用，形成围岩与锚杆一体的支护结构系统，防止围岩在受力的作用下发生变形。另外，采用锚杆支护所使用的材料较少，能够降低开采的成本，提高工作效率，提高煤矿作业安全性。

当前锚杆的施工依赖锚杆机，锚杆机的性能对于锚杆的施工速度和锚杆的安装质量都有着决定性的作用。当前我国主要使用的锚杆机是单体的锚杆钻，虽然包括的类型有电动锚杆钻、液压锚杆钻和风动锚杆钻，但是性能和结构都不合理，缺乏高自动化、机械化的锚杆车；另外钻车和机载机组发展都比较慢，应用也少，我国的钻机可靠性，施工技术与国外的钻机相比较有一定的差距，相关的工作人员还需要对锚杆进行进一步的开发和研究。当前我国煤矿从业人员的素质较差，管理者也对设备缺乏了解，很多施工工艺和作业指导方式也不正确，阻碍巷道支护技术的发展，降低了巷道支护的质量。锚杆的受力和巷道顶板的监测比较落后，施工现场对于锚杆支护的受力和变形情况不了解，使得数据可靠性不高，因此存在安全隐患，降低锚杆支护的效果。

4 常见的锚杆支护技术

4.1 悬臂掘进巷道锚杆支护

在大规模的煤矿企业中通常会用到悬臂掘进巷道锚杆支护，这种方法具有更高的安全性，构成悬臂掘进锚杆支护系统的有带式输送机、悬臂掘进机、转载机和单体锚杆钻机等，在支护中有着重要的作用。

4.2 采掘合一巷道锚杆支护

采掘合一巷道锚杆支护的最大特点是同时开展掘进和采煤工作，这种方式很大程度上缩短了煤矿开采的工艺流程，提高了采煤效率，同时也推动了矩形断面双向掘进和断壁开采技术的发展。

4.3 煤矿掘进巷道锚杆支护

在原有的采煤机技术中发展而得到锚杆钻车被推广使用，提高巷道的掘进效率，在掘进巷道的支护作业中，锚杆钻车选择后张法预应力结构，成为煤矿中最普遍使用的锚固结构，有很强的应用价值。

5 锚杆支护技术研究

5.1 巷道支护方式

在巷道的内部通常会使用很多强力的锚杆以及锚索支护系统，采用锚杆的高预应力对围岩实现应力扩散，形成稳定的支护系统，采用锚杆支护系统不但能够保证掘进过程中巷道的稳定性，还能够有效地控制围岩周边出现的裂缝，防止裂缝扩展。选择支护材料时应当首先考虑延性较好的材料，采用HRB500 的钢筋作为锚杆，保证伸长率大于20%，也可以采用新型的1×18结构的钢绞线作为锚索使用，强度能够达到600KN，伸长率也能够达到8%，结合相关的计算书和方案能够确定锚杆选用的具体数值。

超前支护压力能够会回采工作面造成影响，在应力的作用下，围岩出现裂缝以及其他的问题，在实际工作中，巷道连接处和工作面连接的20m 范围内都可以进行支护加强，巷道受到工作面卸载后的压力，光是填充开采后的工作面是不能满足要求的，因此需要对顶板下沉进行预防。同时采用专门的液压支架，这种支架的阻力能够达到6000KN，具备4 根立柱，能够提供良好的支撑。

加强支护同时还需要对巷旁进行支护，常见的巷旁支护还是采用回填的方法进行，但是支护的效果取决于巷道支护所采用的填充材料的性能，填充材料的强度和变形性能都影响着填充的支护效果。填充材料只有具备良好的变形性能才能够有效地防止巷道顶部下沉，在填充作业中，通常采用泵送的方式进行材料填充。当前的填充工作中对岩石顶部的整体性也开始重视，尤其是煤壁下方3m 范围的工作范围，可以选择直径22mm 的锚杆进行支护，锚杆的排距可以选择1m，保证在每排布置4 个锚杆，采用钢带和金属网进行顶部防护。

5.2 支护的机理

在巷道的掘进过程中，需要对围岩的性质进行全面分析，保证施工间距的合理性，先打钻巷道的断面，然后锚入锚杆，并进行注浆加固，提高周边围岩的强度。锚杆支护技术与传统的被动支护技术不同，主要是在锚杆的作用下，将巷道围岩组成一个整体性的结构，改变周边围岩的物理性质，加强巷道的稳定性。锚杆支护体系从提出锚杆支护理论后便越来越完善，在工程施工中的应用也比较广泛。在锚杆的作用下，岩层可以形成具有抗剪能力的岩石板梁，这是整体性的结构，不容易出现层间变形，因此提升了围岩的稳定性。另外围岩的强度和锚杆的锚固力是影响组合梁的关键因素。

在巷道开挖工程当中采用锚杆进行支护能够挤紧巷道周边比较危险的围岩，所以能够起到挤密和加固围岩的作用，提高围岩的整体性。锚杆还能够与围岩一起形成保证自身稳定性的结构拱，结构拱的存在也能够稳定岩石防止松动，避免围岩的变形，从而保证巷道的稳定。巷道顶板上设置锚杆的作用也相当于顶板上设置了柱，能够对老顶岩石传递的荷载进行支撑，在某些程度上减少巷道顶部的岩石露出的面积，增加巷道顶板的抗弯能力，保证顶板在开采过程中挠度满足才开需求，锚杆的悬吊作用也能够增加锚杆的剪跨比，提高受力性能。

6 结语

开展煤矿掘进巷道超前支护作业是进行煤矿开采的前提和重要保障，只有做好巷道超前支护才能够保证煤矿开采作业的安全进行，才能够保证开采的质量。当前采用的新型支护方法为锚杆支护，能够加强巷道围岩的整体性，提高支护的稳定性，周边填充材料的性能和强度也影响着回填的效果。本文对煤矿矿建作业中支护的实际效果进行分析，探索煤矿矿建中巷道掘进支护的相关问题，为提高煤矿巷道的稳定性和实际应用提供理论依据和实际参考。