煤矿巷道锚杆支护应用实例

孙善云

（山西霍恒工程监理有限公司，山西太原 030001）

煤矿巷道锚杆支护应用实例

孙善云

（山西霍恒工程监理有限公司，山西太原 030001）

煤矿巷道支护是保证巷道安全性能，促进煤矿安全生产的重要施工技术。随着科学技术水平的发展，煤矿巷道支护技术水平也得到了显著的提升。结合实践工作经验，以煤矿巷道的锚杆支护方式为例，对煤矿巷道支护工程进行了探讨，以期能够为煤矿巷道锚杆支护应用水平的提升提供帮助。

煤矿工程；巷道；锚杆支护

0 前言

煤矿巷道支护技术在煤矿产业当中有着很长一段时间的发展历史，在煤矿开采技术的不断发展与革新下，煤矿巷道支护技术也得到了长足的进步，其中以锚杆支护技术最具典型性。锚杆支护技术的有效应用，开创了煤矿巷道支护技术又一个发展的新篇章。其不仅在施工方面更具便捷性，还在支护效果上有了很大的突破，这对煤矿巷道支护的质量及煤矿巷道支护技术的发展无疑是带来了巨大进步。

1 煤矿巷道支护的理论发展

1.1 煤矿巷道的布置发展

在煤矿开采技术的发展下，巷道布置实现了重大发展。其中，在煤矿巷道的层位选择上，为了缩短矿井建设周期，提升掘进速度，巷道从岩巷转向了煤巷。放顶煤开采技术的广泛应用，使回采巷道从岩石顶板煤巷向煤层顶板巷道发展。另外，在巷道断面的形状和大小控制上，为了提高掘进速度和断面的利用效率，矩形断面已经取代了拱形断面，与此同时为了满足大型设备的作业需求，矿井的断面也开始逐步扩大。在回采巷道数量方面，为了满足高瓦斯矿井的通风要求，单巷布置已经开始实现向多巷布置发展。而巷道赋存方面，也从浅埋地区向深埋地区发展，简单地质条件向复杂地质条件发展。从煤矿巷道的发展情况可以看出，煤矿巷道的支护难度越来越大[1]。

1.2 煤矿巷道支护的发展

在煤矿开采和巷道的发展背景下，煤矿巷道支护迎来了新的发展前景。煤矿巷道支护技术在经历了木支护、砌碹支护、型钢支护的发展过程中，进入了锚杆支护时代。锚杆支护在我国的使用已经有半个世纪以上的历史，其经历了低强度支护阶段，高强度支护阶段，高强度高预应力支护阶段和强力支护阶段。同样锚杆的材质也经历了一个漫长的发展使其，机械锚固锚杆、钢丝绳砂浆锚杆、端部锚固树脂锚杆、快硬水泥锚杆以及管缝式锚杆都在我国锚杆支护历史上发挥了重要的作用。随着煤矿开采及巷道的不断发展，上述锚杆都已经无法满足煤矿巷道的支护要求，在这种背景下，锚杆支护又迎来了一个新的发展阶段，多锚杆支护、二次支护技术成为了煤矿发展背景下的煤矿巷道支护的主体内容[2]。

2 煤矿巷道锚杆支护技术

2.1 巷道围岩地质力学测试技术

（1）地应力测量

为了保证巷道支护的有效性，在进行支护之前必须要进行地应力的测量工作。目前我国主要利用应力解除法来对矿井下的原岩应力和次生应力进行测量，除此之外还需要利用小孔径水压致裂地应力测量仪器来进行测量。该仪器是由我国煤炭科学研究总院开采设计研究分院所研发出来的，目前其已经投入到了我国20多个矿区的300多个测站进行工作[3]。

（2）煤岩体强度

煤岩体强度的测试，主要是利用钻孔触探法来完成的，该方法的有效使用能够实现对井下煤岩体强度位置的测定，并通过钻孔来准确地测量出地下煤岩体的抗压强度。

（3）结构测量

煤岩体的结构测量方面则是利用电子钻孔窥探仪来完成的。该仪器能够快速、清晰的将煤岩体中的节理、层理以及裂隙等结构信息反馈出来，从而实现对煤岩体结构的数据测量，为巷道的布置与支护设计提供全面而有效的资料。

2.2 锚杆支护设计方法

随着煤矿开采难度的逐渐加大，煤矿的锚杆支护难度也在提升，在这种背景下必须要保证锚杆支护设计的科学性，因此在锚杆支护设计阶段必须要做好各方面工作。例如支护各部件的选择科学性，各部件之间搭配的合理性，锚杆与锚索支护构件之间的匹配性等内容，都是锚杆支护设计过程中所要注意的重要问题。另外，由于各矿区的实际地质情况都不尽相同，因此在锚杆支护设计过程中，设计人员必须要做好各方环境及其因素的调研与考察工作，在充分掌握各方因素及条件的基础上，来进行锚杆支护的有效设计，使其能够在完成支护任务的基础上，为矿区岩体的整体结构性能提供及安全施工提供保证[4]。

2.3 锚杆支护材料

通过上文的分析能够看到，锚杆支护材料经历了从低强度到高强度到高预应力再到强力支护的发展过程。在煤矿巷道的基本支护设计当中Q235圆钢粘结式锚杆是支护锚杆的主要形式。目前，一些地质条件简单的矿区仍在使用该材质的锚杆支护形式。为了满足高难度煤矿巷道的支护要求，提升锚固效果，新型的锚杆在形状和结构上都进行了优化，并开发出了锚杆专用钢材，从而满足高强度及超高强度煤矿巷道的支护需求。

2.4 锚杆支护施工质量控制与矿压监测

锚杆支护施工质量控制与矿压监测是煤矿巷道支护当中的重要工作内容，其对于煤矿巷道的支护及开采质量有着重要性影响。

为了保证锚杆支护工程的施工质量，我国在施工质量监测方面已经取得了有效的进展。锚杆拉拔计、锚杆预紧力监测器具及声波锚杆锚固质量监测仪器等设备的研发，为我国锚杆支护工程质量提供了有效的保障，并很大程度上推动了我国锚杆支护工程施工水平的发展[5]。

为了保证煤矿巷道内的矿压处于一个安全、稳定的状态，使作业人员的安全能够得到保障，我国在巷道矿压监测方面也进行了技术研发，并已经取得了十分可观的进步。目前我国的矿压监测设备已经能够完成对煤矿巷道的表面位移、顶板离层及深部位移情况的监测，除此之外，锚杆支护工程当中锚杆与锚索的受力程度，也能够得到有效的监测，这对于我国煤矿巷道支护水平的提升做出了重大贡献。近年来，为了实现对巷道矿压的实时监控与把握，我国已经开展了矿压实时在线综合监测系统的研发，目前该监测系统的研发已经取得了实质性进展，在不久的将来其必然能够为我国煤矿巷道矿压的监测工作做出重大贡献。

2.5 锚固与注浆联合加固技术

我国土地广袤，地质复杂。在进行煤矿开采过程中，很容易遇到松散破碎的煤岩体，在这种煤岩体当中开掘巷道，难度非常大，同样如果单纯依靠锚杆来进行支护，根本达不到安全施工的基本要求。在这种情况下，锚固与注浆联合加固技术得以研发。该技术的研发能够通过注浆来将破碎的煤岩体进行结合，使它们成为一个整体，在此基础上再进行锚固支护，其效果自然而然就能够得到提升。

3 软岩巷道支护实例分析

3.1 工程简介

平庄矿区红庙煤矿是我国最具代表性的软岩矿井之一。该地区的煤层及顶板岩层交接程度差，煤岩体强度较低，且具有易风化、易崩解破碎，遇水膨胀等特性。在这种情况下煤矿的巷道支护十分困难。为了保证煤矿的安全作业，巷道在服务期内不得不多次进行翻修，不仅造成了极大的成本浪费，还影响了煤矿开采进度，更为作业工作带来了安全隐患[6]。

3.2 生产条件

开采煤层：红庙煤矿五区5—2s煤层。

煤层客观条件：5—2s煤层与其上方的5—1s煤层之间间距很小，5—2s煤层顶板与5—1s每层地板之间的最短距离仅有6 m，最长距离也只有9 m，并且5—1s煤层已经完成了回采。

煤层厚度：5—2s煤层的平均厚度为5.99 m，其中含数层夹矸。

煤层倾角：煤层倾角度数为15°～16°。

煤层抗压强度：煤层单轴抗压强度仅为4.8 MPa；顶板砂质泥岩强度为15～35 MPa；直接底为砂质泥岩，单轴抗压强度为23.5 MPa，且具有膨胀性。

3.3 巷道支护设计

根据对该矿区实际情况的了解，采用树脂全场预应力锚固组合来进行支护。

锚杆：Φ22 mm的左旋无纵筋螺纹钢，长度为2.4 m。

锚固剂：高干端部采用快速固化锚固剂、后部采用慢速固化锚固剂。

锚杆排距：锚杆基本排距为900 mm，顶板每排7根，间距为850 mm；每排每帮2根锚杆，间距为600 mm，锚杆预紧力距为400 N·m。

锚索：ϕ22 mm。

钢绞线：型号为1×19，长度为4.3 m，树脂端部进行锚固。

具体操作：每1.8 m需要打3根锚索，锚索间距为1.28 m，锚索预紧力为200～250 kN。

3.4 数据分析及支护措施

完成支护后，其井下数据如下：

①表面位移在掘进工作面53 m之后逐渐趋于稳定；

②两帮移近量为79 mm，其中上帮移近量为46 mm，下帮移近量为33 mm；

③顶板、底板移近量为281 mm，其中顶板下沉量为43 mm，顶板膨胀量为238 mm，底板膨胀量占巷道顶底移近量的84.7%，地板膨胀的主要原因是地板没有进行有效支护；

④顶板总离层值为37 mm，其中浅部离层为14 mm，深部离层为23 mm。

除此之外，当巷道推进距工作面19 m时，锚杆的受力程度逐渐增大，在距工作面119 m后受力逐步稳定。在受力稳定后，全长预应力锚固锚杆受力变化幅度较小，其中绝大部分锚杆的受力变化幅度在5 kN以内，最大为8～9 kN。当锚索安装并进行张拉后，其受力变化也不大，其基本保持稳定状态。

虽然巷道仍出现了一定程度上的变形，但该矿井的支护效果已经基本保证了巷道围岩的完整性和稳定性，并且没有让围岩出现较大的变形，完全符合了煤矿开采的安全生产需求[7]。

4 总结

综上所述，煤矿巷道锚杆支护技术是现阶段煤矿巷道支护的主要技术之一，其无论是对于我国煤矿巷道的支护质量而言，还是我国煤矿巷道支护技术发展而言，都有着重要意义。不同地区煤矿巷道的岩土性质都存在着差异性，锚杆支护技术能够通过自身作用的发挥，有效克服不同岩土性质所带来的不利影响因素，在完成支护任务的基础上，更为有效地提升煤矿开采安全性，为各矿井的安全生产提供保障。随着煤矿资源的日益减少，煤矿开采的难度也越来越大，因此锚杆支护技术必须要不断发展，才能够逐渐满足高难度煤矿资源开采的实际需求，为煤矿开采的安全性与质量性提供保障。

［1］包海玲.地下倾斜巷道变形场数值分析及支护优化［D］.合肥：合肥工业大学，2012.

［2］黄晓炎.道清矿大倾角回采巷道锚杆支护设计及应用［D］.阜新：辽宁工程技术大学，2012.

［3］张志野.三家子煤矿巷道锚杆支护应力、位移数值模拟分析［D］.阜新：辽宁工程技术大学，2012.

［4］马鑫民，杨仁树，张京泉，等.煤矿巷道锚杆支护智能绘图系统开发与应用［J］.中国矿业，2010（11）：77-80.

［5］康红普，王金华，林健.煤矿巷道支护技术的研究与应用［J］.煤炭学报，2010（11）：1809-1814.

［6］张朋.综采矿压显现规律与巷道支护效果数值模拟研究［D］.包头：内蒙古科技大学，2011.

［7］窦锐.锚杆预应力在煤矿巷道中的支护效应研究［D］.西安：西安科技大学，2012.

Coal Mine Roadway Bolting Applications

SUN Shan-yun
（Shanxi Joan Heng Engineering Supervision Co.，Ltd.，Taiyuan030001，China）

Coal mine roadway support is an important construction technology to ensure roadway safety and to promote the coal mine production safety.With the development of science and technology，mine roadway support technology has also been significantly improved.The paper combined with practical work experience，took coal roadway bolting as an example，and discussed the engineering of mine roadway support.In order to enhance coal mine tunnel bolting application.

coal project；roadway；bolting

TD353+.6

A

1009－9492(2014)08－0139－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.039

孙善云，男，1981年生，安徽黄口人，大学本科，助理工程师。研究领域：采矿工程。 (编辑：王智圣)

2014－04－11