不同锚杆支护参数对煤巷支护效果的影响研究

王凤祥

（晋能控股煤业集团有限公司四台矿，山西 大同 037000）

引言

在煤矿开采中，巷道支护方式起初采用的是以支架形式的被动支护，而现在采用的是以锚杆支护形式的主动支护，作为主动支护，锚杆支护在很大程度上提高了煤矿巷道围岩的稳定性和强度，且其产生的应力重分布对煤矿巷道稳定性的影响降低，因而在维护煤矿巷道方面具有很好的支护效果。锚杆支护参数较多，若支护参数设计不合理，不能很好地发挥出锚杆支护应有的作用，其中锚杆长度是根据锚杆的锚固机理来设计，需要在有限的长度内才能维护其稳定性；锚杆直径依据应能承受最大载荷或设计锚固力值下而不发生断裂来确定[1]。因此，本文主要研究在不同锚杆支护参数下，煤矿巷道稳定性的变化规律，进而确定合理的锚杆支护参数，达到巷道支护的稳定性。

1 巷道稳定性的影响因素

影响煤矿巷道稳定性的因素是多方面的，一是受地质和生产技术条件的影响，其中岩性是影响稳定性的最基本因素，还有上覆岩层压力、围岩地应力、工作面回采引起应力变化和断层构造的影响等；二是支护设计与施工的影响，如施工质量的影响、施工工序的错误、假帮（顶）后空洞和偷工减料等；三是支护设计不合理的影响，如支护参数、支护构件设计不合理等[2]，其中锚杆支护参数在很大程度上影响着煤矿巷道的支护效果，因此，有必要对锚杆支护参数进行研究。

2 锚杆支护技术

锚杆支护具有悬吊作用、减跨作用、组合梁作用、拱形压缩带作用、楔固作用、最大水平应力作用及锚杆桁架支护作用等机理[3]。

3 不同锚杆参数对支护效果的影响

本文以某矿为例，研究在不同锚杆长度、锚杆直径、锚杆间排距及预紧力参数下，煤矿巷道支护效果的分布规律，从而为煤矿安全及高效生产提供有力的理论支撑。

3.1 不同锚杆长度对煤矿支护效果的影响

在锚杆直径、排距及预紧力（大小为60 kN）一定的情况下，研究不同锚杆长度参数对巷道支护效果的影响，其中锚杆长度的变化值为1.6～3.0 m，得到如图1 所示的影响结果。

从图1 可以看出，采用锚杆支护技术对顶底板、两帮支护具有很好的作用效果。随着锚杆长度的增加，煤矿巷道顶底板围岩移近率呈现减小的趋势，但当锚杆长度大于2.6 m 时，线条近似平缓，说明当锚杆长度再增加时，对煤矿巷道支护的效果已经不明显。

图1 不同锚杆长度对巷道支护效果的影响

3.2 不同锚杆直径对煤矿支护效果的影响

在锚杆长度、排距及预紧力（大小为60 kN）一定的情况下，研究不同锚杆直径参数对巷道支护效果的影响，见下页图2。

由图2 可知，在锚杆长度一定的情况下，当锚杆直径较大时，对于两帮位移量变化，呈现出先减小的趋势，但当减小至0.20 m 时，曲线接近平缓，位移量基本不发生变化；对于顶底板位移量变化，同样先减小，但当减小至0.22 m 时，曲线变化也较小。对比综合可知，随着锚杆直径的增加，巷道顶底板和两帮的位移量都在减小，当再增加锚杆直径时，对煤矿巷道支护的效果已不明显，其变化规律基本同于不同锚杆长度参数下的研究结果。

图2 不同锚杆直径对巷道支护效果的影响

3.3 不同锚杆间排距对煤矿支护效果的影响

在锚杆长度、直径及预紧力（大小为60 kN）一定的情况下，研究不同锚杆间排距参数对巷道支护效果的影响，见图3。

图3 不同锚杆间排距对巷道支护效果的影响

锚杆间排距的增大，会增加巷道的移近量。由图3 可知，当锚杆的初始排距为0.65 m 时，开始逐步增大，当锚杆排距增加为1 m 时，顶底板和两帮位移量增加了约原来的一半左右，此时巷道支护效果在很大程度上出现减弱现象。由此可见，锚杆间排距从1.0 m 减小到0.65 m 时，巷道顶底板和两帮的剪切破坏区域显著减小，屈服、拉伸破坏区域全部消失，对巷道的支护效果好。可综合得出，锚杆间排距的减小能够有效控制巷道围岩的破坏情况。

3.4 不同锚杆预紧力对煤矿支护效果的影响

在锚杆长度、直径及排距一定的情况下，研究不同锚杆预紧力参数对巷道支护效果的影响，见图4。

图4 不同锚杆预紧力对巷道支护效果的影响

由图4 可知，随着锚杆预紧力的增大，巷道围岩的位移量在减小，因此，选择合理的预紧力，可有效控制巷道围岩不发生明显的滑动和离层。综合可得出，高预紧力可有效提高锚杆尾应力的集中程度，在很大范围内有效提高压应力，可有效支护煤矿巷道。

4 结论

1）随着锚杆长度的增加，煤矿巷道顶底板围岩移近率呈现减小的趋势，但当锚杆长度增加至一定值后，再增加时，对煤矿巷道支护的效果已经不明显；

2）随着锚杆直径的增大，巷道顶底板和两帮的位移量都在减小，当再增加锚杆直径一定值时，对煤矿巷道支护的效果已不明显；

3）随着锚杆间排距的减小，巷道顶底板和两帮的剪切破坏区域会减小，对巷道的支护效果显著；

4）随着锚杆预紧力的增大，可有效提高锚杆尾应力的集中程度，大范围提高支护压应力，支护效果好。