浅谈煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用

2016-08-08帅文东廖祥奎

大科技 2016年3期

关键词：锚杆巷道围岩

帅文东廖祥奎

（重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司重庆 400052）

浅谈煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用

帅文东廖祥奎

（重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司重庆 400052）

在煤矿掘进巷道中使用锚杆技术进行支护施工，不仅可以有效加固巷道，提高其稳定性，还能够改善对巷道的维护状况。本文针对锚杆支护技术的施工设计与要求、具体施工技术以及施工注意事项等方面进行了探讨，以供参考。

煤矿；掘进巷道；锚杆支护；应用

引言

锚杆支护技术是一种快速支护施工技术，运用于煤矿巷道掘进过程中，不仅可有效提高巷道支护效果，而且能够确保掘进速度的提升，强化巷道围岩的强度，提高围岩的稳定性。此外，锚杆支护还具有良好的经济性，成巷速度快，巷道断面利用率高，因而能够有效改变作业环境，提高煤井作业安全性，有利于矿井开采经济效益的获取。

1 巷道支护概述

巷道支护施工，其目的主要是改善围岩的稳定性，控制围岩运动与发展的速度，从而达到维护工作空间安全的目的。支护施工重视围岩的承受力及其结构，设置人工支护只是为了改善和提高围岩自身支持能力。围岩不仅是施载物体，又是承载结构体，围岩承载圈和支护体是组成巷道的统一体，是一个力学体系，是同时承受铅垂与水平作用力的厚壁圆筒，巷道的开掘与支护都是为保持与改善围岩的自持能力服务。巷道的支护技术可以按照所使用的支护材料进行分类，其中包括木棚、金属支架、混凝土或料石砌碹及锚喷等支护方式。巷道使用木材进行支护，是采矿工业最早采用，也是最广泛采用的方式。但是，由于木材存在易腐朽、强度低、易燃等缺点，逐渐被其他支护方式取代。现代的矿井中，开始使用装配式的钢筋混凝土支架、金属支架、锚杆支护及锚喷支护，而锚杆支护更是逐渐取代其他的支护方式，成为矿井巷道的主要支护办法。

2 锚杆支护技术

2.1 不同锚杆支护方式的支护

所谓的锚杆支护，其实就是通过在巷道围岩中锚入锚杆的方法来加固巷道，以便达成锚杆的支护作用（见图1）。不同于一般的支架，锚杆不仅可以承受围岩地压，还可以通过改变围岩结构来改进围岩的力学状态。这样一来，巷道内就会出现稳定的岩石带，继而通过锚杆与围岩的共同作用完成对巷道的支护。

图1 巷道锚杆支护截面示意图

采用不同的支护方式，则可以达成不同的支护作用，目前大多数的巷道施工以组合锚杆支护方式为主。

（1）相较于组合梁锚杆支护，组合拱锚杆支护可以将多层破碎的围岩锚固起来，以便使围岩的拱形结构的承载能力得以提高。所以，组合拱锚杆支护可以起到防止围岩变形的作用，有利于提高围岩的稳定性。

（2）在巷道围岩为多层次的岩石层结构时，可以采用组合梁锚杆支护方式。具体来讲，就是利用锚杆将多层围岩锚固成岩石板梁，以便使围岩得以稳固。而由于锚杆具有抗剪能力，所以可以防止围岩出现层间错动。同时，利用该种支护方式，还可以使顶板的抗弯能力得以加强，继而使顶板具有较强的承载能力。

（3）悬吊式锚杆支护是早期得到发展的锚杆支护方式。在层状围岩中，利用锚杆将不稳定的岩层悬吊起来，可以使巷道更加稳定。但是，在围岩本身的稳固性较差的情况下，采用该种锚杆支护方式则不利于巷道的稳定。

2.2 锚杆支护作用分析

2.2.1 悬吊作用论

悬吊理论，是将巷道表层的围岩用锚杆悬吊起来，锚固在深层的围岩上，这种解释存在一定局限性，例如：巷道围岩存在形状大小合适的破碎围岩体，此围岩体在不支护的条件下可能自行跨落，这时用锚杆悬吊起来，以保持巷道周边的完整性，否则不成立。

2.2.2 组合梁理论

煤系地层是同一种岩层，其围岩大多为层状。较为典型的有泥岩、页岩等，有的层理还处于发育阶段，如果采用锚杆将这些层状围岩锚固成一个整体，则可以有效增强其承载力。但是这种组合梁理论也有缺点，例如：施工相对破碎，需要依靠自身摩擦和相互挤压，达到稳定要求。

2.2.3 组合拱理论

组合拱锚杆支护与其他支护技术相比较，更加适用于岩层过于破碎的地质状况工程，能够在有效维持围岩稳定性的同时，起到支护效果。例如：在一些断面较大的巷道或拱型巷道中，如果采用组合拱锚杆支护，可以将多层破碎围岩锚固起来，从而减少围岩跨落，依靠岩石层之间的相互摩擦和挤压，提高拱形结构的承载能力，防止围岩发生变形，促进其安全与稳定（见图2）。

图2 组合拱理论

3 煤矿掘进巷道锚杆支护的应用

3.1 设计与施工

在应用锚杆支护技术的过程中，需要遵循相应的设计要求。作为煤矿巷道掘进的前提，支护设计是锚杆支护施工前的工作，直接关系着锚杆支护作用的发挥。在设计的过程中，需要预先完成对煤矿巷道情况的探查。具体来讲，就是完成巷道断面形状和稳定性的观测，并分析巷道掘进中的岩石松动问题。一般的情况下，巷道的掘进工作将使巷道承受一定的受采动压力。而在掘进初期对围岩松动圈的形状进行观测，则可以根据观测情况设计锚杆支护方式。比如，在围岩松动圈的大小超出原来的2～3倍时，则可以确定巷道结构在掘进过程中将发生较大的变动。所以，需要以大松动圈为锚杆支护设计的参照标准，以便更好地发挥锚杆支护作用。

在施工的过程中，还需遵循相应的施工要求完成锚杆支护施工。根据实际的巷道掘进情况，锚杆支护施工需要做到规范化和标准化：①需要确保施工人员具有足够的安全意识，为了规范施工人员的行为，则需要在巷道内完成警示牌的设置，并将其固定在较为醒目的位置；②需要加强对施工人员的监督和管理，并完成对施工作业过程的监督，以便使锚杆支护施工更加规范；③针对较为复杂的巷道，需要利用点柱、架棚等多种方式增加锚杆支护的强度，继而使锚杆支护施工质量得到保证；④在施工的过程中，不能使用钢带和金属网等永久起吊设备；⑤注意定期完成对锚杆支护效果的检查，并完成支护锚杆和顶板的检修工作。

3.2 在巷道支护施工中的应用3.2.1修复巷道

锚杆支护能够有效地修复巷道，尤其对于一些处于采动影响区域内的巷道，实施的支护通常是整体混凝土支架支护，其支架容易受到裂隙破坏。此时，可在支架破坏处使用锚杆支护作为巷道的补充加强支护。例如，当巷道产生浮石时，通过破坏部分钻孔，并安装钢筋混凝土锚杆，附带槽钢及其它型钢做的锚梁。在发生事故时，常常发生巷道顶板岩石冒落并形成自然平衡拱。这时巷道顶板用锚杆支护好。在锚杆的保护下，清除冒落岩石，当清理完地板岩石时，再用锚杆把巷道的下部锚固好。

3.2.2 防治巷道底鼓

锚杆加固是防治巷道底鼓强有力的措施。锚梁通常与巷道横交，用锚杆把它紧紧地拉向巷道底板。可以用金属锚杆，也可以用钢筋混凝土锚杆，其中包括钢丝绳锚杆。在后一种情况下，用药壶爆破法在钻孔的底部形成一个扩大孔。沿巷道断面的一段钢绳作成绳套，随着绳套的不断形成，把它引入钻孔底部。在巷道底板处，钢丝绳放在特设的窝槽里，这不会妨碍巷道卧底。实践证明，锚杆支护能使巷道底鼓平均减缓30～60%。

3.2.3 加固水平间煤柱

如果开采的是急倾斜厚煤层，其水平间的工作面边缘煤柱，必须采取支护措施。而使用锚杆支护技术，则可以实现较高的经济效益。在使用锚杆支架以前，水平间的煤柱要根据煤层厚度用单排或双排的桁架式支架来支护，在工作面与回风顺槽的交叉点要安装木托梁。此时，超前工作面1.5～2.0m安装桁架式支架。用锚杆支护水平间煤柱的成功经验成为用无人采煤方法开采急倾斜煤层使用锚杆支架的基础，这种采煤法用在平行于回采工作面钻的长孔里放炸药包爆破落煤。

3.3 施工重点

（1）在进行锚杆孔施工时，需要严格按照相关规定检查锚杆孔的设计情况。根据相关要求，需要合理完成锚杆孔间距的调试，并在图纸上做好标记。一般的情况下，锚杆孔间距应不超过100mm，而锚杆孔轴的偏差也应超过5°。在深度上，锚杆孔深应该超出锚杆长度，但是需小于锚杆长度的30mm。在施工的过程中，则需要使锚杆端部处于孔底位置，并使尾端暴露长度小于20mm。在具体施工之前，需要将悬浮在围岩表面的活石凿掉。针对容易发生冒落的位置，则需要先架设临时支护，以便安全地完成锚杆孔的施工。施工完成后，则需要将孔内的岩粉和积水清理干净。

（2）在安装锚杆时，需要利用机械将锚杆扭紧。同时，还需要保证锚杆托盘紧贴巷道，并将托盘后的渣子清理干净。

（3）在施工现场，需要预先准备好紧力扳手和测力计，以便较好的完成拉力试验。此外，一旦遭遇煤炮、顶底板移近量增加，又或是发现顶板突发性片帮掉渣和钻进速度异常等现象，则需要立刻停止施工。在完成原因的分析后，则需要采取措施才能继续施工。