锚杆锚索梯次支护技术在沿空掘巷中的应用

张道文

摘要：随着煤矿开采深度的不断增加，深部矿山存在越来越突出的压力问题，严重影响了巷道布置及支护。而在煤矿的矿建工程中，锚杆支护技术的应用相当广泛，其不仅能够使岩石的受力状态得到改善，并且大幅度地提高了支护效果。文章介绍了锚杆支护技术与其作用原理，并分析了锚杆支护技术在煤矿沿空掘巷中的应用。

关键词：锚杆锚索梯次支护技术；沿空掘巷；煤矿开采；深部矿山；巷道支护 文献标识码：A

中图分类号：TD353 文章编号：1009-2374（2015）27-0168-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.086

1 锚杆支护技术概述

锚杆支护技术能够加固围岩，为煤矿巷道围岩的稳定性与完整性提供可靠的保证，同时还能够有效控制围岩中出现的位移、变形以及裂隙等问题，具有施工方便、效率高、成本低以及效果好的优势，在煤矿矿建工程中的应用相当广泛。

传统架棚式支架等支护技术是锚杆支护技术发展的基础，目前，传统技术基本被锚杆支护技术所代替。其支持作用主要是借助组合连以及挤压加固拱等来实现。通常来讲，端头锚固为树脂锚杆使用的类型，通过树脂将其端头与孔壁岩石粘贴在一起，并同时使用固化剂与加速剂，在凝胶达到一定强度时再进行进一步的加固，最后添加垫板于另一端的螺帽上，使螺帽被拧紧。通常围岩的压力会由于锚杆矛头以及垫板等作用而被分解为三个方向的应力，其中产生的压力会大幅度改变围岩的受力状态，进而使其移动得到控制，为其稳定性与支撑性提供了可靠的保障。

2 锚杆支护的作用原理

锚杆支护具有悬吊、组合梁、挤压加固等多方面作用。其主要通过在煤矿巷道围岩处打孔，然后在孔内安装锚杆以实现加固围岩的目的，使围岩保持稳定。关于锚杆支护作用原理，具体介绍如下：

2.1 锚杆支护的悬吊与组合梁作用原理

在煤矿的挖掘过程中，上部岩层与下部岩层的稳定性通常不一致，上部岩层的稳定性远远大于下部岩层。然而锚杆技术的应用可以有效解决这问题，在较为稳定的上部岩层的基础上，利用锚杆使下部岩层得以稳定。在这一过程中，下部岩层的重力为锚杆的压力。矿井的巷道可以简化为叠合梁。部分岩层会由于较高的承载力而导致弯曲或者断裂，而每一层梁的受力情况具有一定的复杂性，同时受到的压力较大，强度明显无法达到要求。然而，锚杆支护技术的应用可以在其中安装锚杆，使其形成了一定的摩擦力，多个薄岩层经过长时间的磨合，进而结合形成了一个较厚的岩层，此外由锚杆形成的组合梁承受的能力也相对较大，如此就使得梁的整体强度能够满足相关受力要求。

2.2 锚杆支护的组合加固拱作用原理

通常矿井巷道中的破碎岩石会从径向、轴向以及周向等三个方向向拱形部位施加压力，针对这种情况进行锚杆的安装，能够将薄弱的岩层进行连接，进而可以形成一个拱形的压缩带，提高稳定性。

2.3 锚杆支护减跨作用以及围岩补加强作用原理

在巷道的压力拱跨中，必须安装锚杆使一个压力拱划分为两个，将压力拱的跨度降低了1/2，其高度也随之降低，若压力拱中安设了两个锚杆，那么会使一个压力拱划分为三个小拱，降低了1/3的压力拱的跨度，高度也随之降低。为了加强围岩的自身强度，提高其稳定性，可以在巷道内部安装锚杆，那么巷道周边岩石的受力情况会由二向转变为三向。此外，为避免巷道周边围岩发生严重的变形与破坏，可以进行锚杆的安装，提高其抗剪切强度来实现。

3 锚杆支护技术的应用

3.1 对巷道进行修复

当巷道利用整体混凝土支架做支护时，特别是在支护采动影响的区域内，支架容易产生裂缝。而为实现对损坏的整体混凝土支架的维修，锚杆支护技术的应用起到了较大的作用，例如巷道内产生浮石，通过对破坏部分的钻孔，同时对钢筋混凝土锚杆进行安装，并附带钢槽以及其他型钢做的锚梁。在事故发生的过程中，通常会由于巷道顶板岩石冒落而形成自然平衡拱，此时利用锚杆对巷道顶板进行支护，处于锚杆保护状态下能够对冒落岩石进行有效清除，并且在地板岩石被清理完毕之后，再通过锚杆对下部巷道进行加固。

3.2 防止巷道底臌

关于巷道底臌的防止锚杆是一个十分有效的手段。通常情况下，锚梁横交于巷道，用锚杆将其向巷道地板拉拢，可以借助金属锚杆，也能够利用钢筋混凝土锚杆，例如注浆锚杆（锚索）等。后者一般需要借助风钻打孔，然后将特制的注浆锚杆或锚索通过树脂药卷打注在孔内，最后通过锚杆（锚索）的中心孔将搅拌均匀的混凝土通过注浆泵注入锚杆（锚索）内，待凝固后促使底板形成组合结构。实验证明，此种方法能够减缓约30%～60%的巷道底臌程度。

3.3 对水平间煤柱进行加固

在急倾斜厚煤层的开采过程中，必须对水平间工作面边缘的煤柱加以支护，而锚杆支护技术具有成本低的特点，其应用经济合理，使用较为广泛。在锚杆支架使用之前，应考察煤层厚度并据此借助单排或双排的桁架式支架对水平间的煤柱加以支护，并安装木托梁于回风顺槽的交叉点处。此时，应在超工作面前1.5～2.0m处进行桁架式支架的安装。利用无人采煤对使用了锚杆支架的急倾斜煤层进行开采是以锚杆对水平间煤柱进行支护的成功案例为基础的，此类采煤方法通过放置炸药包在平行于回采工作面的长钻孔中以实现爆破落煤。

4 锚杆支护的具体施工与检验

4.1 锚杆支护的施工要点

锚杆支护主要有锚杆钻孔和锚杆安装这两步施工工序。在锚杆支护施工之前，一定要以满足锚杆布置的设计要求为前提，利用巷道中的腰线将锚杆孔位标出，如此才能使锚杆钻孔过程中不会出现偏差导致施工失误。在锚杆钻孔中，必须严格按照锚杆支护的设计要求进行施工。此外，锚杆的钻孔应先于锚杆的安装。

4.2 锚杆支护的检验

在锚杆支护施工过程中，为有效提高锚杆的安装质量，施工完毕后进行全方位的检验是非常必要的。通常锚杆应比金属锲缝式的锚杆孔的深度长50～70mm，比倒锲式锚杆孔的孔深长100～120mm，锚杆的直径应该与锚杆孔的直径相匹配，不能过大或者过小，过小会导致锚杆无法安装进去，而锚杆孔直径过大又会使得锚杆的稳定性不足。若岩石面全部接触了托板，那么会使得托板的受力状态具有一定的均匀性，使托板的承载能力得以显著增强。因此，在托板的安装工作开展之前，应最大程度地凿平岩石面，并且锚杆内部产生的预应力与螺帽的拧紧程度成正比例关系，因此螺帽在安装的过程中应将其拧紧。

5 结语

综上所述，巷道锚杆支护技术能够有效解决复杂的煤矿巷道中存在的压力问题，使围岩的稳定性得以有效提高，同时锚杆技术的应用还具有低成本、高效率的特点，并且能够为施工人员的人身安全提供可靠的保障，对于煤矿生产的建设有着十分重要的意义。

参考文献

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[2] 刘刚，龙景奎，刘学强，等.巷道稳定的协同学原理及应用技术[J].煤炭学报，2012，37（12）.

[3] 王金华.全煤巷道锚杆锚索联合支护机理与效果分析[J].煤炭学报，2012，37（1）.

（责任编辑：王 波）