浅析锚杆支护技术及其应用

柳西学

摘要：由于锚杆支护经济效益显著，劳动强度低，对破碎岩体的加固效果较u型钢被动支护效果好。因而，在煤矿中得到广泛的应用。文章通过分析煤巷锚杆支护应用现状及锚杆支护技术在改善采掘作业安全环境、促进采煤生产和掘进速度中的需要，针对影响深部高应力巷道锚杆支护的几个方面，提出了设计方案及其需注意的几个问题。

关键词：煤巷；锚杆支护；技术应用；锚固剂；预紧力

中图分类号：TD353

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)17-0057-02

一、煤巷锚杆支护应用现状

由于锚杆支护经济效益显著，劳动强度低，对破碎岩体的加固效果较u型钢被动支护效果好。因而，在煤矿中得到广泛的应用。但煤矿的软岩地层分布十分广泛，加之占煤矿75％采准巷道还要经受采动的频繁影响，大部分巷道服务年限内的围岩变形量都很大，有的甚至冒落无法再利用。因此，研究开发有效的控制高应力、软岩和采动等大变形巷道的锚杆支护技术已成为推动锚杆支护技术的关键。

二、影响深部高应力巷道锚杆支护的几个方面

(一)锚杆种类的选择

锚杆种类的选择主要是锚杆的材质、直径、延伸素、让压性能、预紧力的选择比较以及锚固剂的选择。随着近几年国内外各种锚杆的不断发展，提供了一定的选择空间。

1锚杆的让压性能。深部高应力巷道锚杆支护的成功与否与锚杆是否具有足够的高位让压性能具有很大的关系。目前，让压锚杆大体上可分为两类：一种是机械式让压锚杆，即通过给锚杆增加一定附属装置或改进锚杆的结构来实现；另一种是通过改进锚杆的材质或杆体形状，提高锚杆的延伸率，满足围岩应力释放的特种锚杆。

2锚杆的预紧力。较高的锚杆预紧力可以提供锚杆相应的支护应力，阻碍围岩的变形。对于深部高应力巷道的锚杆支护，施工扭矩为400～600N·m，可以提供30～70KN的预紧力。目前，增大锚杆预紧力的办法，主要是通过增大螺母与托盘的接触面积和摩擦因数来实现。例如，在螺母和托盘之间增加阻尼垫圈可提高预紧力，使用带有环形防松垫的快速安装扭矩螺母也可提高安装扭矩。

3锚固剂的选择。由于目前高强锚杆的杆体直径大都在22mm左右，甚至达到25mm，使用传统的锚固剂进行搅拌，是比较困难的，应选用低黏度的锚固剂。初期高强让压锚杆的锚固剂应尽量选择两块，第一块应选择快速或超快速锚固剂，保证锚杆的初期安装应力的迅速试验，第二块应选用中速或慢速锚固剂，保证锚杆的长时锚固力。在保证锚固力的情况下，两块锚固剂的长度应尽量减少，以保证锚固剂与托盘之间自由杆体的长度，适应围岩碎胀变形离层能量对空间的需求。二次锚杆应选用中速或慢速锚固剂，并尽量进行全长锚固。

(二)断面选择

对于深部高应力巷道的锚杆支护，在进行断面选择时，必须考虑巷道的服务年限和顶底板岩性进行慎重选择。对于服务年限较长的开拓、准备巷道，应尽量选用承压效果好的圆弧拱断面。对于回采巷道，顶板完整性较好的巷道，可采用梯形断面；复合顶板或破碎顶板的巷道，应采用承压性效果较好的斜切圆拱形断面。斜切圆弧拱高一般为巷道宽度的2／5～1／4，斜切圆拱形巷道上肩窝部高度达到煤层顶板，巷道下帮墙高根据设计要求进行设计，掘进过程中通过控制中部高度实现拱高控制。通过实验，该断面承压效果比梯形断面要好，缺点是岩石掘进量要大，在一定程度上影响掘进速度。

三、煤巷锚杆支护设计方法

(一)现有锚杆支护设计方法的评价

目前煤巷锚杆支护设计主要以工程类比法和理论分析法为主，不能满足现场生产实际需要，主要表现在如下两个方面：第一，用于设计的基础参数是巷道周围某几个点(甚至仅一个点)的综合地质技术资料的平均值，设计出的锚杆参数为整条巷道服务。一方面导致巷道绝大部分区域设计的锚杆参数过高，不但浪费了大量材料，增加了支护成本，也降低了巷道的掘进速度；另一方面又使巷道的某些局部地质技术条件变化区域设计的锚杆支护参数不足，引发局部冒顶事故。第二，依据的基础性参数缺乏定量化评价指标，导致锚杆支护参数设计缺乏科学、合理和确定性。尽管近年来出现的锚杆支护动态设计法已在我国部分矿区得到实践，但实际应用效果并不理想。因此，需要使用更可靠的煤巷锚杆支护设计方法，保证设计的可靠性。

(二)煤巷锚杆支护“全线信息跟踪”设计方法

该设计方案摒弃了其他设计方法的缺点，是一种全新的设计理念与现代信息技术完美结合的产物。设计步骤如下：

1全面分析基础地质技术数据，不是取各项参数的平均值，而是将其分成最佳条件和最差条件。

2用工程类比法确定锚杆的初始参数。

3不断进行现场实测，获得应力、围岩、支护三者相互作用结果的综合信息。

4根据实测信息，进行支护效果评价。

5依据支护效果评价，用计算机重新设计巷道待掘进部分的锚杆支护参数，并及时调整已支护部分的设计参数。

与已有的设计方法相比，该设计方法优点有：设计的针对性强，设计的可靠性高，可以预测巷道顶板围岩的稳定性，有利于科学化管理，工程质量易于保证，简化了设计基础的采集工作。

四、煤巷锚杆支护需注意的几个问题

1沿顶板掘进，实行光面爆破，以不破坏顶板和少震动巷帮煤体、特别是煤帮为原则，以保证巷道顶板和两帮的平整，防止巷道周边应力集中，以满足巷道自身的稳定性。

2在断面设计上，要确保巷道有足够的掘进断面，允许巷道有一定的变形量。

3在巷道布置上，要综合考虑护巷煤柱的留设宽度，尽量避免将巷道布置在采动压力集中区域内。

4根据煤巷的特点，选择合理的支护参数和支护形式。在支护形式上，可采用锚杆、锚网、锚喷、锚网喷等形式。在支护参数方面，关键是要确定锚杆的合理长度和排间距，锚杆长度一般应大于煤岩松动圈0.2～0.4m，以适应动压对巷道的影响，对破碎的煤岩应采用全长锚固锚杆，以对锚杆周围的煤岩有一个固定作用。锚杆的排间距应根据锚固力大小，梁网结构强度，掘进后巷道围岩松散破碎情况和朔性变形大小确定，一般为0.6～0.8m。锚杆必须要有托护结构并产生一定的托锚力。没有托锚力的注浆钢丝绳铺杆由于不能形成主动支护，因而不能用于煤巷支护。

5由于煤巷大都采用平顶型断面，巷道上下帮顶端由于受剪应力影响，因此顶板锚杆不宜全部垂直于顶板方向布置，而将靠巷道两帮的顶板锚杆改成向帮有一个倾斜角度的布置，使锚固端超过两帮非有效承载宽度，从而使锚固端受到两帮的有效支撑。

6围岩出现弱面，特别是出现沿煤巷走向方向的弱面时，必须采用特别加固措施，以防止在弱面处发生剪切破坏，造成事故。

五、结论

煤巷支护有架棚、料石砌碹、锚杆等一系列支护形式，架棚和料石砌碹等支护是被动支护，由于成本高、进度慢、消耗体力大、支护效果差等原因逐渐被淘汰。而锚杆支护在煤矿巷道支护中占主导地位，是唯一能实现安全、快速、经济的一种支护形式。

参考文献

[1]崔光华。王金华，我国煤巷锚杆支护技术的基本特点煤矿开采，1999，(12)

[2]潦泰岳，锚杆与围岩相互作用的数值模拟[M]，北京：中国矿业大学出版社，2002