煤矿大断面巷道支护技术的分析

摘 要：分析了煤矿大断面巷道掘进中锚杆支护理论及影响巷道支护效果的因素，阐述了对其控制的一些措施。

关键词：大断面巷道；掘进；锚杆支护；围岩

在我国煤炭开采中，井工开采占主要部分。为满足安全生产需求，需施工大量巷道。随着煤矿机械化程度提高、开采强度的加大，为保障通风、运料及行人安全等，对巷道的断面的要求越来越大。锚杆支护作为一项技术先进、经济合理的支护技术，支护效果好、成本低又能减轻劳动强度等诸多特点为大断面掘进支护提供了技术保障。但随着开掘的深度加大，加之受采动的干扰，及沿空掘巷等复杂巷道的要求，现有的锚杆支护系统亟需改进以适应现阶段大断面巷道开掘的需要。

1 传统的锚杆的支护理论

锚杆支护理论的研究是了解锚杆与围岩的相互关系，分析巷道变形与破坏的特征和规律，为巷道支护设计提供理论依据。传统的锚杆支护理论主要有以下几种：

（1）悬吊理论。该理论认为锚杆支护的作用是将由于开掘扰动等造成的不稳定的岩块悬吊在上部稳定的岩层中，用锚杆来承载巷道破碎围岩的重量防止其冒落。

（2）组合梁理论。该理论适用于层状岩层，将顶板看作是由巷道两帮为支点的叠合梁，通过锚杆提供的轴向力作用约束岩层产生离层，增大各岩层间的摩擦力，同时锚杆杆体提供的抗剪力阻止岩层间产生相对滑动，从而将叠合梁转化为组合梁。

（3）组合拱理论。该理论认为在松散、破碎的岩层中施工锚杆，只要锚杆密度合适，各锚杆形成承载结构互相重叠，就能在岩体中生成一个连续的、具有一定自承能力的均匀压缩带。它可以承受破碎区上部岩石的载荷。

（4）其他理论。随着锚杆支护理论的不断研究发展，国内专家学者们对其作用机理做了大量的研究和探讨，根据地质条件及构造等因素的异常而使得锚杆的作用机理不同，从而提出了松动圈支护理论、最大水平应力理论、围岩强度强化理论等。

2 大断面巷道锚杆支护现状分析

现有的锚杆支护理论在井工开采巷道支护实际施工过程中解决了不少的难题，在一些相对地质构造简单的地区还在沿用作为其支护设计的理论依据。近年煤矿开采的深度及强度不断增加，为满足大型机械化、通风及行人，巷道断面不断增大，传统的支护技术在高应力地区大断面复杂巷道中支护效果差，在一些地区巷道围岩严重变形，甚至有些巷道需要二次支护整修才能满足生产需要，大大增加了支护成本，降低了企业的经济效益。造成这种现状的原因如下：

（1）大断面中的支护理论是以现有的理论为支撑，进行的简单相应支护强度增加。煤矿煤系地层具有复杂的地质条件，造成巷道围岩稳定性差、围岩变形和围岩破坏强烈的机理也各有不同。在巷道支护设计时对锚杆作用机理认识不深仅凭经验，缺乏科学的理论依据，盲目的采用工程类比法，可靠性、合理性及科学性差。

（2）地质预测预报不完善导致支护设计缺乏科学合理性。地层中煤岩体受多种地质条件影响从而形成一个复杂的平衡状态，在巷道布置与设计初期，煤矿设计部门对围岩受力状态不是充分了解，很少采用技术手段对不同地区的围岩强度、围岩结构、最大剪应力方向及层理构造等进行测试，对一些围岩状态不能及时采取针对性措施，从而增加了支护难度，降低了围岩的支护效果。

（3）在实际锚杆支护施工过程中，受现场作业条件、锚杆机具、施工工艺流程、操作人施工质量等影响，锚杆支护强度很难达到要求。如根据作用机理不同巷道顶部两端及底部锚杆施工要求一定的角度，现场施工中角度与设计偏差较大影响其抗拉抗剪作用；托盘作为锚杆支护中的重要构件，对支护作用的发挥有很大影响，若不按设计要求，受较大偏载或与煤壁表面不紧贴等都会使锚杆支护作用大大折扣，使锚杆不能“主动”发挥作用，减弱对巷道围岩的抑制作用。

3 大断面巷道支护改进方向的建议

（1）选择适合的支护理论。锚杆支护是现阶段大断面巷道支护最有效的支护方式。悬吊理论、组合梁理论等传统的锚杆支护理论都是基于某种假说为基础，悬吊理论没有考虑锚杆的抗剪能力及对破碎围岩体整体强度的改变；组合梁理论只适合于层状顶板等等，这些理论都存在一定的局限性，不能适应井下复杂多变的地质条件。支护理论的选择要弄清施工巷道地区的岩性特征，围岩体的应力特性，经过大量的理论分析、数值模拟及试验认识锚杆的作用机理。

（2）加强地质预测预报。影响巷道支护效果的地质条件是复杂多样的，巷道在开掘过程中，地质构造、岩体的层理都在不断变化，造成围岩变形破坏的因素也是多种多样，我们应根据巷道围岩特性的变化而采取不同的支护措施，从而达到预期的支护效果。

（3）减少人为因素多巷道支护效果的影响。首先要完善和发展配套的锚杆施工机具，提高锚杆支护的预紧力，只有高的预紧力才能充分发挥锚杆的支护作用，从而变“被动”为“主动”。有利于巷道围岩变形控制，尽量保持围岩的完整性，充分发挥围岩的自承能力。再者要优化施工工艺，对巷道顶帮第一时间进行支护，减少空顶空帮时间。最后要加强职工的基本素质培训，通过课堂讲解使工人了解锚杆支护机理，认识到锚杆施工质量对巷道支护效果的重要性。从而在现场操作过程中，自觉的按照支护设计要求施工，提高锚杆的支护作用。

（4）创新锚杆支护技术。通过对新技术的学习，施工工艺的改良，设备的更新来不断完善和发展锚杆支护技术。

参考文献

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