浅谈煤巷锚杆支护技术及其施工管理

郑州 ZHENG Zhou；钟磊磊 ZHONG Lei-lei

（兖州煤业股份有限公司北宿煤矿，邹城 273516）

（Beisu Coal Mine，Yanzhou Coal Mining Company Limited，Zoucheng 273516，China）

浅谈煤巷锚杆支护技术及其施工管理

郑州 ZHENG Zhou；钟磊磊 ZHONG Lei-lei

（兖州煤业股份有限公司北宿煤矿，邹城 273516）

（Beisu Coal Mine，Yanzhou Coal Mining Company Limited，Zoucheng 273516，China）

简要分析了煤巷锚杆支护的应用情况及发展水平，分析了煤巷锚杆支护设计的一般原则，对锚杆支护的施工进行详细的论述。

煤巷支护；锚杆支护；施工管理

0 引言

由于围岩的作用机理不同，进而导致煤矿巷道支护方式存在一定的差异，通常情况下，煤矿巷道支护方式分为：一通过支架、砌体等方式对围岩进行直接的支承，这种方式称为支护；二是对围岩通过注入水泥浆或化学剂的方式进行补强，进而在一定程度上发挥围岩的自承作用，该方式称为加固。

美国、前苏联在上世纪40年代，就将锚杆支护广泛使用到井下巷道中，其特点主要表现为：①根据本国巷道围岩的地质结构和生产条件，确定适用的锚杆类型；②国外锚杆通过研制高强度和具有较好延伸率的材料和加大锚杆直径的途径日益向高强度、超高强度发展；③对锚杆施工配套机具进行完善，在一定程度上促进各国锚杆技术的发展；④建立适合自身条件的锚杆支护设计方法；⑤对锚杆支护监测系统进行不断的完善。

我国煤矿自1956年使用锚杆支护以来，在锚杆支护技术方面，我们取得硕大成果，主要表现在：①Ⅰ、Ⅱ类巷道单体锚杆支护技术趋于成熟，并得到广泛应用；②Ⅲ类巷道锚梁网支护研究取得成功，同时在Ⅳ、Ⅴ类巷道的锚梁网、锚网架支护方面积累了经验；③国外锚杆支护技术得到引进消化和吸收；④廉价的快硬水泥锚杆得到开发和研制；⑤引进消化高强锚杆技术；⑥提高了锚杆支护机械化水平；⑦研制成功锚注支护技术。

1 锚杆分类及作用机理

1.1 锚杆分类 ①木锚杆。普通木锚杆和压缩木锚杆是我国主要使用的木锚杆。②钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。锚杆与围岩的粘结剂通常是水泥砂桨。③倒楔式金属锚杆。该锚杆曾经使用最为广泛。④管缝式锚杆。是一种全长摩擦锚固式锚杆。⑤树脂锚杆。锚杆的粘结剂选用树脂，因此成本比较高。⑥快硬膨胀水泥锚杆。采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂，其特点是速凝、早强、减水、膨胀等。⑦双快水泥锚杆。通过成品早强水泥和双快水泥按一定比例进行混合而成。

1.2 锚杆作用机理

1.2.1 顶锚杆支护机理

1.2.1.1 早期强度强化作用 ①锚杆和岩体作为相互作用的统一体，通常情况下需要将锚固体视为统一的承载结构进行研究和分析；②在不同破裂及变形状态下，锚杆支护能改善岩体的力学参数，进而在一定程度上提高岩体的峰值强度、峰后强度及残余强度；③破坏锚固体前后，破裂岩体的力学性能有所改善，因而变形较大时，锚固体依然能发挥作用；④锚杆支护增加围压，岩体的应力状态得到改善，而软弱破碎岩石强度对围压十分敏感；⑤对于锚杆支护来说，通过围岩破碎区及塑性区发展的抑制，进而在一定程度上控制煤巷围岩的最终变形和破坏。

1.2.1.2 后期的锚杆和锚索的共同支护作用 在后期，随着围岩变形的增大，锚固体的承载能力和自稳性降低，应力逐渐向深部转移，把载荷转移到锚索作用下的稳定岩层中，因此，此时锚杆支护机理体现在锚杆与锚索的共同作用。图1为围岩——支护共同作用机理图，由该图可知，随着围岩和自身变形的增加，锚岩支护体的承载能力不断降低（曲线3），随着围岩的变形，锚索的支护能力不断增大（曲线4），锚岩支护体和锚索的特性曲线与围岩特性曲线1不能相交，进而充分说明单独采用锚杆支护或锚索支护，围岩的稳定性都不能控制，如果锚杆和锚索共同作用时（曲线 2），其特性曲线和围岩特性曲线1相交，可以控制围岩的变形破坏，进而确保了围岩的稳定性。

1.2.2 帮锚杆支护机理 ①煤体内部：由于垂直应力对煤体的压剪作用，使煤体内部出现两组共轭剪切滑移面，滑移面形成之后，随着沿滑移面剪切错动的增大和剪切扩容效应，煤体会发生侧向膨胀而出现松动。②煤岩交界面：由于煤岩交界面的抗剪强度较低，煤巷开挖后，交界面处将出现剪切破坏。

图1 锚杆与锚索共同作用机理

2 锚杆支护设计的一般原则

①一次支护原则。一方面实现了矿井的高效、安全生产的要求；另一方面锚杆支护自身的作用原理决定。②高预应力和预应力扩散原则。一方面采取措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散。③“三高一低”原则。通常是指强度、刚度、可靠性高，支护密度低。④临界支护强度与刚度原则。临界支护强度与刚度在锚杆支护系统中普遍存在。⑤相互匹配原则。锚杆各构件的参数与力学性能应相匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配。⑥可操作性原则。锚杆支护设计应具有可操作性。⑦安全经济原则。在确保巷道支护效果和安全程度的前提下，一方面技术和施工可行；另一方面是经济合理。

3 锚杆支护技术施工管理

3.1 爆破要求 ①爆破图表的制订，同时对爆破参数进行合理的确定。②看线、定点、划轮廓线、量尺、定眼位等要根据爆破图表进行。③第一个正顶眼要按中（腰）线打，然后插木棍进行导向，在一定程度上确保打眼质量。④对于周边眼装药，通常采用孔口封泥、空气柱，同时符合安全规程的有关规定。⑤实行预留爆破,放炮后人工刷帮。

3.2 “三径”匹配原则 直径42mm的钻孔与直径35mm的锚固剂、直径32mm的钻孔与直径28mm的锚固剂，以及钻孔直径28mm选配直径23mm的锚固剂相互匹配。

3.3 锚杆安装要求 ①根据设计要求，布置锚杆眼要结合中（腰）线。②当锚杆眼方向与岩层主结构不明显时，可与巷道轮廓线相互垂直。③在深度方面，锚杆眼与锚杆长度向匹配，打眼时需要在钎子上作标记。④眼孔内的积水、煤（岩）粉渣在安装前通过压风清扫干净。⑤开动风动扳手或锚杆钻机，用锚杆将树脂药卷在10～15s内顶入孔底，搅拌至规定时间为止。⑥搅拌后，锚固剂初凝后松下搅拌器具。⑦锚固剂胶凝后，剪断锚杆尾端螺母销子，同时拧紧螺母。

3.4 监测监控 ①巷道变形观测。巷道内每30～40m设置一个测站，采用十字布点法布置巷道顶帮观测点。当观测巷道变形量在设计允许值之内时，表明支护能够满足需要。②顶板离层观测。通过LBY-3型顶板离层指示仪观测顶板离层。③锚杆受力监测。通过MCQ-100型液压枕监测锚杆受力。

3.5 质量监督 ①确保锚杆的质量，通常使用取得MA标志的优质产品。②现场弄虚作假、蒙混过关的现象，要坚决杜绝，迎头的锚杆打眼及安装工作，通过情况下在小班班组内挑选具备施工经验、责任心强的同志担任，进而确保施工质量。③建立和完善多层次的质量验收制度，确保监督质量。

4 结论

煤巷锚杆支护作为系统工程，要认真评价巷道工程地质条件，对锚杆支护参数通过科学的手段进行优化，提高锚杆支护的可靠性，确保安全高效生产。

[1]王金华.我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J].煤炭学报,2007,32(2):118.

[2]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[3]侯朝炯,勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.

On Technology of Coal Roadway Bolting and Construction Management

This paper analyzes the application of bolt supporting in coal roadway supporting and its development level,besides,the paper expounds the general principle of coal roadway bolting design and the construction of bolt supporting.

coal roadway supporting；bolt supporting；construction management

郑州（1978-），男，山东兖州人，毕业于山东科技大学，本科，工程师，现在兖州煤业股份有限公司北宿煤矿工作，研究方向为设备管理；钟磊磊（1984-），男，山东菏泽人，本科，助理工程师，现在兖州煤业股份有限公司北宿煤矿工作，研究方向为煤炭开采。

TU71

A

1006-4311（2014）11-0137-02