矿建施工作业锚杆支护关键技术研究

敖帅帅

山东华新建筑工程集团有限责任公司 山东泰安 271219

众所周知，影响巷道稳定性的锚杆支护参数众多，支护效果评价指标也是多方面的。虽然学者们对回采巷道的变形机理、影响因素及控制技术做了大量的研究，并在现场进行了成功的应用，但是这些研究多仅考虑了单一影响因素，或者考虑了多种影响因素但效果评价指标单一，而有关巷道支护多影响因素、支护效果多指标评价的定量分析研究尚未见报道[1]。

1 锚杆支护原理

锚杆是一种支撑结构，具体位置是在巷道围岩内部。使用锚杆支撑巷道，在巷道开挖过程中钻孔然后将锚杆插入其中，并通过该系统的结构来加固附近的围岩结构，保障采矿工作在安全的条件下进行.位于巷道深处的围岩会受到三维力的作用，但是有一侧的围岩会受到来自2个方向的力的作用。这个三维的力和二维的力明显不平衡。于是，系统受到不稳定力的作用，结构很容易被破坏。将锚杆安装在巷道中后，基本结构就会都受到3个方向的力，大大提高了系统的强度。此外，锚杆的另一个重要功能是增强薄弱区域的抗剪强度，改善围岩的稳定性并防止坍塌。

2 锚杆支护的设计依据

综合考虑掘进巷道的实际地质情况，根据巷道断面形状、大小、煤层状况等设计具体的巷道支护方案，对于小规模的矿井，巷道断面小，支护设计简单，大规模的矿井，由于工程量及工作人员都较多，辅助的运输、排水以及通风等巷道也比较多，巷道断面大，支护设计较复杂，要同时考虑多种因素，设计适合矿井安全生产的巷道，根据巷道的大小来选择对应的锚杆支护技术。

3 锚杆支护关键技术应用

3.1 锚杆支护的工艺

①根据锚杆支护的设计依据及技术要求，采用高预应力和强力锚杆相结合的方式对巷道进行支护，配套高强度的拱形托板、螺母和减磨垫片，以及有较高的强度、刚度、护表面积的钢带和钢筋网，给出具体的巷道支护布置及工艺流程。②在采用高预应力和强力锚杆支护后，随着掘进深度的增加，在距离工作面19m后，锚杆的受力增大，到119m后锚杆的受力趋于稳定，在整个过程中，高预应力和强力锚杆的受力变化幅度较小，基本都在5kN左右，巷道的围岩总体变形量很小，基本处于稳定状态，能满足安全掘进的要求。

3.2 锚杆支护的确定

组合拱原理及其围岩条件通过在结构中增设锚杆，使得围岩中的预应力可以满足工程需求。如果将锚杆用作主要支撑结构，沿着拱面每隔一段距离就设置一根锚杆，巷道中所有锚杆共同作用组成一个压缩的结构，承载能力将大大提高。因为它将承载力沿着围岩传递到外部，所以承载力必然与锚杆的距离和预应力有关。

3.3 提高锚杆锚固端锚固力

在底板采用锚固剂及弱膨胀水泥浆配合全长锚固方法，增强隔水及锚固效果。底板有水时，眼孔内含水形成黏泥影响锚固剂与孔壁的锚固。采用传统做法只能满足预紧力要求，当巷道来压时不能保证锚固端满足锚杆屈服及破断力的要求，造成锚杆与锚固剂整体拔出，使得整体支护失效。经过优化施工顺序，先施工锚固剂配合水泥灌浆锚杆全长锚固锚杆，且不进行挂网支护，而进行初喷浆作业，使得锚固剂和水泥浆有足够的初凝时间，2道工序的时间间隔大约5h，有足够的初凝时间，使得锚固力达到最大值，然后挂网、增加锚杆盘支护，挂网支护后进行二次反底拱喷浆封闭[2]。

3.4 增加底板弧度、降低巷道宽度（跨度）

通过减少巷道宽度，使得挤压拱厚度不变的情况下，承载能力进一步加强。类似于相同管壁厚度的钢管，其直径越小，则其抗径向压力越强。通过现场实践的统计数据表明：其他参数不变的情况下，当巷道跨度增加，巷道变形量成指数特征变化。因此在实际生产过程中应尽量降低巷道宽度，以减少巷道变形。软岩巷道底板弧度增加不仅对减少巷道底鼓有效果，也适用于巷道顶板。当顶板增加顶板弧度时，也有利于减少顶板的下沉量。

3.5 支护优化正交矩阵分析

经过正交数值模拟，得到了表4所列的模拟结果，支护效果常见评价方法有直观分析法、方差分析法和效应分析法，但是这些方法对于多评价指标的正交试验模拟来说运算量极大，计算困难，故本文采用矩阵分析方法[25]对支护参数进行优化。矩阵分析方法不仅能够计算出影响试验指标各因素各水平的权重，而且能够根据权重的大小快速得到最优方案以及各影响因素的主次顺序。现将锚杆长度、预紧力及顶角锚杆安装角度作为正交矩阵分析中的因素层，塑性区体积、顶底板移近量、两帮收敛量作为试验考察指标层，分别求出各考察指标的权矩阵，再得到影响巷道稳定性的权矩阵，并最终得到锚杆不同参数对于巷道稳定性的影响权重。

3.6 锚杆的检验

锚杆的安装质量要想得到保障，通常要注意5个方面的问题。①钻孔深度与锚杆要相匹配。如果深度太深或太浅，会影响整个系统的稳定性，螺母安装难度较大。螺栓孔的深度不能太深，要比锚杆的长度短60mm左右，倒楔形螺栓孔更浅，比锚杆要短100mm以上。②确保螺栓孔的直径和锚杆直径保持一致。③安装好锚杆后，一定要确保其表面平坦，使支撑板与岩体有充分的接触，实现均匀受力，确保整个系统的承载力都受到了很大的提高。④用扳手拧紧螺母提升系统的预应力。⑤选择质量好、尺寸合适的锚杆，在设计好的位置进行安装，并确保锚杆状态良好。

4 结语

综上所述，在矿井快速的掘进中，锚杆支护的技术发挥着重要的作用，它能够有效改变巷道支护的状况，促进安全和稳定生产，而为了充分发挥此技术的优势，还需要做好对此技术的优化，根据实际情况财务科学的支护方案，从而为矿井的快速掘进提供保障[3]。