煤矿巷道锚杆支护的应用实例研究

摘要：在煤炭开采过程中，由于开采难度比较大，很容易产生安全事故。为了实现安全施工，需要做好巷道锚杆支护施工技术。文章以实际工程为例，首先分析了巷道锚杆支护的基本原理以及工程的地质情况，然后结合工程的实际情况制定了支护措施，取得了良好的支护效果。

关键词：煤矿开采；煤矿巷道；锚杆支护；巷道工程；巷道安全 文献标识码：A

中图分类号：TD35 文章编号：1009-2374（2016）27-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.070

随着科学技术的发展和进步，煤矿开采技术也在不断提升，作为煤矿开采行业中具有悠久发展史的煤矿巷道支护技术也取得了很大的进展，而煤矿巷道的支护技术中以锚杆支护为最常见的技术。随着锚杆支护技术在煤矿开采中的广泛应用，煤矿巷道支护技术发展进入了一个崭新的阶段。锚杆支护技术具有施工便捷及支护效果大大提升的特点，促进了煤矿巷道支护技术的发展，同时提升了煤矿巷道支护工程的质量，大大提高了煤矿开采的安全性。

1 巷道支护技术的历史进程

随着科技的进步，新技术不断应用在煤矿开采上，煤矿巷道支护技术的发展也进入了一个崭新的阶段。煤矿巷道支护技术经历了最原始的木支护阶段、砌碹支护阶段，发展到了后来的型钢支护阶段，再到现在的锚杆支护，此期间经历了漫长的科技进步和技术探索阶段。近半个世纪以来，锚杆支护技术的发展经历了一个漫长的过程，在支护强度上进行了大大的改进，由低强度，到高强度，再到高强度和高预应力，最后发展到强力支护阶段。在锚杆支护发展的同时，锚杆的材质也在不断发展，由最初的机械锚固型锚杆、钢丝绳砂浆型锚杆，到后来的端部锚固树脂型锚杆、快硬水泥型锚杆，之后发展为管缝式锚杆。随着科学技术的不断发展和进步，煤矿巷道支护中对于锚杆技术的要求也越来越高，由此就出现了二次支护和多锚杆支护技术，且变成现代煤矿巷道支护中的关键支护技术。

2 煤矿巷道锚杆支护技术

2.1 煤矿开采锚杆支护设计方案的选择

随着现代煤矿开采难度的增加，煤矿行业对于锚杆支护技术的要求越来越严格，因此锚杆支护前期的方案设计工作要考虑到整个煤矿开采的各方面，必须保障其锚杆支护设计的合理性、科学性、安全性。锚杆支护的前期方案设计要重点考虑支护部件材料的科学性选择，锚索与锚杆支护构件之间的契合性及所有支护部件间的合理搭配性。

锚杆支护初期方案设计时应根据煤矿开采地的地质情况，实地调研开采地环境和其他周围因素，全方位地考虑各种因素和条件，设计出切实有效的锚杆支护方案，在保证锚杆工程高质量完成的基础上力求保障矿区矿体整体的性能结构和锚杆的安全施工。

2.2 煤矿开采锚杆支护工程的材料选择

煤矿巷道锚杆支护的材料主要形式是Q235圆钢粘结式锚杆。截止到现在，很多矿区的锚杆支护依旧采用这种材质的锚杆。为了应对煤矿开采难度的增加，锚杆材料的研发者采取了一系列的试验，从形状和结构上提升了锚杆的材质，研发出锚杆支护专有的钢材材料，大大提升了锚固效果，改善了煤矿巷道支护强度。

2.3 锚杆支护工程中矿压的监测以及质量的控制

煤矿巷道支护工程中，矿压的监测工作及工程施工质量控制工作都关系到整个煤矿巷道支护工程的好坏，同时对煤矿的开采有着重要的意义。近些年来，工程施工技术人员不断从提升工程质量监测手段方面对锚杆支护工程的质量进行了改进。诸多工程监测仪器的研发，如锚杆预紧力监测仪、锚杆拉拔计等，都加快了锚杆支护技术的发展，为锚杆支护工程质量的提高做出了巨大的贡献。为了更好地推进国内煤矿的开采，国家在煤矿巷道内矿压的监测上也采取了一系列的措施，改进了技术的发展，确保巷道内的矿压一直处于稳定、安全的状态下，大大提升了煤矿开采的安全性。

近年来，随着科学技术的不断发展，我国在矿压监测上取得了良好的成就，已经能够从煤矿巷道表面位移，到顶板隔离层再到煤矿的深部位移等方面进行矿压监测工作。此外，还可以对锚杆和锚索的受力程度进行有效的监测工作，大大提升了煤矿巷道支护的质量。

3 锚杆支护应用实例

某矿区为比较典型的软岩矿井，设计服务年限为20年，煤层和顶底板岩层胶结度差，煤层岩体松散破碎、强度小、遇水后会出现膨胀，增加了巷道的支护难度，维护成本高，并且对开采施工的正常开展造成了比较大的影响。为了解决上述问题，需要结合具体的地质情况制定合理的支护技术。

3.1 煤矿巷道支护的方案选择

为了解决煤矿开采区地质松软而导致破碎围岩巷道支护的问题，某煤炭开采公司与煤炭开采设计研究院共同对于C区4–2S的顺槽土质开展了多次勘测实验工作。

3.1.1 煤矿巷道地质勘测实验。该煤矿开采是对C区4–2S工作面的4-2#煤层进行开采，其4-1#煤层已经开采完毕。由于地质条件的限制，两煤层之间的距离很小，调查发现本工作面范围内4-2#煤层的顶板距离4-1#煤层底板的距离在6～9m之间浮动。4-2#煤层包含数层夹矸，其煤层均厚为5.99m，煤层倾角为15°～16°。煤层呈现层理、节理的发展，其单轴的抗压强度很小，仅为4.8MPa。

该煤层的顶板和直接地均为砂质泥岩，其强度为15～25MPa；单轴具有膨胀性，其抗压强度大约为23.5MPa。采用水压致裂法对180石门处进行过地的应力检测。检测结果显示，其最大的水平主应力方向在N72°E，大小为14.62MPa，垂直主应力为9.68MPa，最小水平主应力是7.35MPa。此外，工程技术人员同时还对C区4-2S工作面的回风巷和运输巷进行了勘测实验工作。以回风巷为例，其掘进断面为10.2m2的半圆拱形墙状，巷道高1.2m，深350～400m，宽3.8m。

3.1.2 煤矿巷道支护方案的选择。通过多次数值模拟实验，结合已有设计经验，对多个方案进行比较，最终初步确定全程采用树脂全长预应力锚固组合支护来完成此次煤矿巷道锚杆支护工程。

整个支护工程中，选用长为2.4m、直径Φ22mm的左旋无纵筋螺纹钢的锚杆材料，采用树脂开展锚固工作，使用快速固化锚固剂对端部进行锚固，慢速固化锚固剂对后部进行锚固。使用钢筋网（顶板）、菱形金属网（帮）和W型的钢护板对煤矿巷道的表面开展支护工作，所有的锚杆与巷道表面呈直角状。锚杆支护过程中，相邻锚杆的间距为900mm，400N·m的预紧力矩，顶板采用7×850mm的形式，帮采用2×600mm的形式，锚索规格为直径Φ22mm、1×19的钢绞线、长4.3m，预紧力在200～250kN之间采用3×1.28m的形式。巷道锚杆支护工程中软岩回采整体布局如图1所示：

3.2 煤矿开采巷道锚杆支护井下数据监测

煤矿开采掘进期间，锚杆支护工程中软岩回采巷道表面的位移变化曲线如图2所示。当掘进面达到53m后，整个回采巷道的表面位移基本上趋于稳定状态。由图2可知，锚杆支护的两帮移近量是79mm，上下帮分别为46mm和33mm；顶底移近量是281mm，顶板下沉43mm，因底板未支护原因，底臌量偏大，占整个巷道顶底位移量的84.7%，为238mm。此外，整个顶板的总离层值是37mm，其浅部离层和深部离层分别为14mm和23mm。

锚杆安装后在施加预应力的同时，其整体受力呈现变小趋势。随着巷道挖掘工作的开展，当距离掘进工作面19m后，锚杆受力情况逐渐变大，距离掘进工作面119m后锚杆受力情况逐渐变得稳定下来。整个锚杆支护工程施工过程中，锚杆预应力锚固的受力情况基本上趋于稳定，波动量很小，只有少部分锚杆受力在8～9kN之间变化，绝大多数锚杆的受力浮动均在5kN内。锚索安装以及张拉完成后，整体的受力变化也不是很大。当距离掘进工作面21m后，锚索的受力趋于稳定状态。整个锚杆支护工程施工过程中，巷道的变形量以及锚杆和锚索的受力变化幅度都很小，围岩也保持了原有的完

整性。

4 结语

综上所述，锚杆支护作为当前煤矿巷道支护中常用的一种技术，在保证巷道安全方面具有重要意义，可以有效克服各类岩层对巷道工程造成的影响，保证煤矿开采作业的顺利开展，在实际应用的过程中，需要结合矿区的具体情况制定合理的支护措施，以达到开采的基本要求。

参考文献

[1] 康红普，王金华，林健.高预应力强力支护系统及其 在深部巷道中的应用[J].煤炭学报，2007，（12）.

[2] 康红普.煤巷锚杆支护成套技术研究与实践[J].岩石 力学与工程学报，2005，（21）.

作者简介：许峰（1985-），男，山东泰安人，天地科技股份有限公司助理工程师，研究方向：煤矿建设。

（责任编辑：秦逊玉）