对当前煤矿锚杆支护技术的探讨

文杰（晋煤集团赵庄煤业有限责任公司，山西长治　046605）

对当前煤矿锚杆支护技术的探讨

文杰
（晋煤集团赵庄煤业有限责任公司，山西长治046605）

摘要：近年来，煤矿巷道支护技术得以快速的创新及发展。锚杆支护不仅具有悬吊的作用，甚至还能够利用预应力的扩散以及预紧力的高强度施加，与围岩共同构成支护体，继而将围岩自身能承受的能力予以充分的调动。鉴于此，详细论述了锚杆支护的本质含义和基本作用机理，并阐述了设计锚杆支护的方法及相关的应用软件。

关键词：煤矿；锚杆支护；基本原理

通常而言，煤矿生产中的巷道支护基本上已经历经了由棚式支护逐渐发展为锚杆支护的一个过程，锚杆支护有着非常明显的优点，从总体上来看主要涉及以下几方面：对实际的作业环境予以显著改善，大大降低作业成本，减轻工人的劳动强度，更好地保证生产的安全性，促使支护效果得到大幅度提高，从而快速推进采煤相关工作的顺利展开。

1　分析锚杆支护的本质含义

锚杆支护所包含的本质指的主要是利用锚杆来对巷道浅层进行一定的加固，实现稳定承载结构的形成。该本质主要涉及三方面的含义，具体表现如下。

其一，在整个服务期间，锚杆进行加固的结构需要始终保持充分的完整性，应该严格避免出现局部的泄漏或者大面积的网兜等现象。

其二，在支护中形成的承载结构应该有符合相关要求的承载力，这应该通过承载结构内压应力的实际大小、承载结构的不同厚度以及预应力的扩散有效面积来最终实现[1]。例如，留巷的巷道应该具有相对比较大的承载能力，动压的巷道相对留巷来讲需要的承载能力比较小，而静压的巷道是最小的。

其三，承载结构应该有着能够适当让压的内部煤层体，有着犹如一堵坚固的墙的支护承载结构，当发生煤岩体的深部来压时，支护承载结构能够适当地向外推出整体的承载结构。然而，承载结构具有的完整性应该保持，不能被破坏，否则会导致支护结构的失效，进而引发冒顶片帮方面的事故。所以，锚杆在动压比较强烈的巷道当中切勿有过长的锚杆，不然会导致锚杆的断裂。

2　分析锚杆支护的作用机理

比较传统的锚杆支护相关理论主要包括加固拱、组合梁和悬吊等，在实际的生产实践当中应该起到积极的促进作用，但是难以避免的存在诸多的局限性。根据复杂的围岩情况，应该将强力锚杆支护的相关理论提出，要点主要包括以下方面。

（1）锚杆支护的作用主要表现在对锚固区的围岩的裂隙张开、离层、产生新裂纹以及滑动等破坏和变形的控制，使围岩的受压状态得以最大限度的保持，从根本上避免围岩拉伸、变形弯曲以及剪切破坏的产生，加强围岩的完整性，提高围岩的稳定性和强度。

（2）应该在锚固区之内形成比较大刚度的次生的锚杆承载结构，抑制外岩层的离层，对深部的应力状态予以有效改善。

（3）预应力的扩散对支护有着非常重要的效果，锚杆的单根预应力有着非常有限的作用范围，应该将预应力利用钢带、金属网以及托板等各种构件进行更远扩散。

（4）支护系统具有的刚度是非常重要的，尤其是预应力。在支护设计的过程中，按照围岩的实际条件进行是极其关键的，因为预应力会直接关系到锚杆的强度。

（5）在较复杂的巷道中，应该运用运用强力锚杆组合以及高预应力支护系统，还应该保持支护系统具有的延伸性。

锚杆所具有的作用主要能够表现在两个方面：一方面是连接深部围岩与次生的承载结构，对承载结构的稳定性加以提高；另一方面是对锚杆施加相对较大的预紧力，对岩层当中的节理裂隙以及层理等不连续的层面进行压密以及挤紧，增强各个不连续面间具有的抗剪能力，对整体围岩的强度进行有效地提高。此外，应该尽可能实现一次性支护锚杆，防止围岩的破坏以及变形，尽量防止第二次支护与维修巷道[2]。

3　分析锚杆支护的相关原则

锚杆支护的设计主要针对的是运用锚杆台车支护以及掘机掘进的支护设计的巷道，在实际的设计过程中应该遵循的支护原则主要包含下述几点。

（1）可操作性的原则。目前，锚杆支护的相关工艺运用的是比较成熟的矿上操作工艺，尽可能将目前支护的工艺进行最少的改变，有效保证实际施工的快速、安全。

（2）强力一次支护的原则。通常来讲，巷道的支护运用的基本是强力一次支护以及高预紧力的技术，一次支护能够保证对围岩变形的控制，能够在很大程度上满足使用巷道的相关要求，防止二次支护以及维修，提高锚固整个系统的刚度，对支护区范围进行适当的控制，加强锚固区防止变形的能力，提高锚杆与锚索之间的强度，应该保证巷道的安全，在此基础上减少锚杆的密度，降低单位面积的锚杆数量，在支护设计方面来加大成巷的速度。

（3）经济性的原则。应该保证支护强度的安全性，还应该有效节约巷道的成本，有效提高煤矿当中的经济效益。应该有效增强组合构件的刚度和强度，因为有着逐渐降低的锚杆密度，由此会增加锚杆之间的距离。为了能够对锚杆间的煤岩体的破坏、松散以及变形加以控制，应该提高金属网的刚度和强度。布置锚索以及锚杆与选择参数时应该对煤矿的实际情况进行充分的考虑，应该对锚杆支护的密度进行尽可能的减少，对掘进的速度进行有效的提高；将锚索锚杆的预紧力大幅度提高，增强锚索锚杆控制围岩的离层以及扩容能力，保证煤岩体的承载能力与完整性，防止围岩的变形。

4　设计锚杆支护的方法——动态信息设计方法

动态信息设计法包括两个主要的特点，也就是信息性和动态性。第一，不可能一次完成设计，这属于一个动态的过程；第二，在设计时，应该对提供的相关信息进行最大限度地利用。这个设计方法主要包括五个部分：对试验点进行调查，评估地质力学；进行初始设计；监测井下情况；反馈信息与修正设计；日常的监测。相关的实践表明，初始设计锚杆支护时所采用的计算数据都是较为可行的。

现阶段，离散单元法软件UDEC和有限差分软件FLAC是应用效果相对比较好的计算程序，具体的设计步骤为：

（1）按照通风的实际要求、设备的具体尺寸以及巷道围岩变形的预留量来对巷道断面的尺寸以及形状进行科学合理的设计；

（2）按照巷道的实际条件，对边界条件和模拟的范围进行确定，进而模拟出支护构件与围岩的相关模型；、

（3）确定出相应的模拟方案，通常包含不同支护长度、密度、预紧力以及密度的支护、有无锚索、无支护等防范；

（4）对锚杆的直径、预紧力、密度以及长度等各种参数进行分析，确定出这些参数对于支护的影响，最终对最优的支护方案予以确定[3]。

5　适宜的设计软件

在对锚杆支护进行初始的设计时，所运用的数值计算的软件应该对影响围岩破坏以及变形的各种因素进行充分考虑，再从众多方案当中选择最优的。然而，这样的设计方法有着相对比较深厚的力学以及数学基础，对于锚杆杆体的力学性能应该满足如表1的要求，还应该掌握计算机方面的技术，相关技术人员往往很难做好上述工作，因此，应该使用专门的一些设计软件，如北京开采研究所开发的支护设计软件。

6　结束语

综上所述，随着我国在煤矿方面的不断研究以及实践，已经在煤矿方面逐步形成具有特色的锚杆支护技术体系，在实际应用过程中大量的难题已经得到了有效解决，促使我国煤矿行业的经济效益以及社会效益得以显著提高。

表1　锚杆杆体的力学性能分析

参考文献：

［1］王红敏.探讨煤矿锚杆支护技术的现状与发展［J］.能源与节能，2013（12）：11-12.

［2］鞠文君.我国煤矿锚杆支护技术的发展与展望［J］.煤矿开采，2014（6）：42-43.

［3］张大才.煤矿矿建工程巷道锚杆支护技术的关键因素研究［J］.建筑工程技术与设计，2014（23）：12-13.

(编辑：王智圣)

Discussion on Current Coal Mine Anchor Supporting Technology

WEN Jie
（Shanxi Coal Group Zhao Zhuang Coal Industry Limited Liability Company，Changzhi046605，China）

Abstract:In recent years, the technology of supporting technology in coal mine is developing rapidly.Anchor bolt plays the role of suspended, and by using prestressed diffusion and pre tightening force high strength applied, forming a support with surrounding rock, and then the rock itself withstand ability can be fully mobilized.In view of this, this paper discusses the essential meaning and basic mechanism of the bolt support, and expounds the design method and application software of the bolt support.

Key words:coal mine；bolt supporting；basic mechanism

作者简介：文杰，男，1984年生，山西运城人，大学本科，助理工程师。研究领域：采煤。

收稿日期：2015－04－30

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.051

中图分类号：TD35

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 (2015 ) 08－0179－02