探究锚杆支护加固技术在矿山巷道掘进中的应用

【摘 要】锚杆支护加固技术几乎适用于煤矿巷道的所有类型，应用范围十分广泛。近年来，为了解决深部及复杂困难巷道支护难题，又开发出高预应力、强力锚杆支护技术。不仅重视锚杆的强度，而且更重视支护系统的刚度，特别是锚杆预应力的重要性，真正实现了锚杆的主动、及时支护，充分发挥了锚杆的支护作用。

【关键词】锚杆支护；矿山巷道；掘进

中图分类号：TV223 文献标识码：A 文章编号：

引言：我国煤矿主要是井工开采，需要在井下开掘大量巷道。据不完全统计，国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总长度高达 8 000 km 左右，80%以上是开掘在煤层中的巷道，保持巷道畅通与围岩稳定对煤矿建设与安全生产具有重要意义。随着煤矿开采强度与范围显著增加，巷道布置出现了以下发展方向：(1) 在巷道断面形状与大小方面，拱形断面向矩形断面发展，以提高掘进速度与断面利用率，回采巷道有利于采煤工作面的快速推进；小断面向大断面发展，以满足大型采掘设备与高开采强度的要求。(2) 在巷道层位方面，永久性巷道从岩巷向煤巷发展，以提高掘进速度，缩短建井周期；放顶煤开采技术的广泛应用，使得回采巷道从岩石顶板煤巷向煤层顶板巷道和全煤巷道发展。 (3) 在回采巷道数量方面，单巷布置向多巷发展，以满足高瓦斯矿井及大型矿井运输、通风的要求。(4) 从巷道赋存条件方面，埋深从浅部向深部发展，简单地质条件向复杂地质条件发展。所有这些发展趋势都增加了巷道支护难度，对支护技术提出更高、更苛刻的要求。煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程。

一、我国煤矿锚杆支护的发展

我国煤矿于 1956 年开始在岩巷中使用锚杆支护，至今已有 50 多年的历史。锚杆支护经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。早期的锚杆主要是机械锚固锚杆、钢丝绳砂浆锚杆、端部锚固树脂锚杆、快硬水泥锚杆及管缝式锚杆等。这些锚杆支护强度与刚度低，支护原理上仍属于被动支护，只适应于简单地质条件。对高强度锚杆支护技术的认可是从1996～1997 年引进澳大利亚锚杆支护技术开始的。通过引进技术与示范工程，高强度螺纹钢锚杆并进行加长或全长树脂锚固，动态支护设计方法，小孔径树脂锚固预应力锚索等新技术、新材料、新方法在很多矿区得到推广应用，取得较好的支护效果和经济效益。但是，随着巷道埋深增加，地质条件的复杂化及受到强烈的采动影响，高强度锚杆支护逐渐暴露出很多问题。在深部及复杂困难巷道中，高强度锚杆支护巷道围岩变形大，支护构件破坏严重，支护效果差，不能满足安全生产要求。井下应用大幅度减少了巷道围岩变形与破坏，巷道支护与安全状况发生了本质改变。同时，实现了高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度的“三高一低”的现代锚杆支护设计理念，在保证支护效果的前提下，显著提高了巷道掘进速度与工效。目前，国有大中型煤矿的煤巷锚杆支护率达到60%，有些矿区超过了 90%，甚至达到 100%。

二、锚网支护在复采残采煤层中的应用

近年来伴随煤炭资源的越来越匮乏，原始煤柱也愈来愈少，旧采迹、跨落带变多，给锚杆支护造成了一些的困扰。通过对压实顶板稳固的采迹、跨落区实施锚网支护，施工难度很大。实施时利用 U 型棚与锚杆支护技术进行联合运用。通过长期的成功应用，表明锚杆支护不光受限于原始煤层中的应用。绝大多数掘进巷道都采取了锚杆支护，有些旧采迹中也实施了锚杆支护，实施过程中锚杆间距和排距都是 500mm×500mm。针对岩性较为松软的地带、地质结构变化地带以及支护状况复杂的地带，减小了锚杆的间距和排距，以确保井下的安全生产。为了提高顶板的牢固性，采用了长度为 2.4m 的螺纹钢 5 根，以强化对顶板的加固，发挥加固拱以及提高筋的效果。从底板 0.5m 处实施锚杆作业，使用长度为 1.8m 的锚杆进行护帮，金属网采用菱形网（网孔间距为 500mm×500mm），网边联接方式为网扣 0.1m一扣压一扣的辫式链法，不但美观而且坚固耐用，同时在托盘（铁质）上增设一木托盘，拧紧螺丝之后，能够缓解顶板的造成的压力，使得铁托盘无需直接承受压力，延缓了铁托盘变形的周期。

三、煤矿井下巷道锚杆施工技术

（1）凿眼之前以及光面爆破之后，务必严肃实施敲帮问顶方法，随时将松石处置好，并且及时采用单体和托木配合完成临时支护，禁止空顶下施工。（2）锚杆眼应该与煤层或者巷道的外部线条垂直。（3）依据巷道实际状况把控好锚杆眼凿入深度，以保证锚杆托盘能够与煤层外壁靠紧，确保锚杆的效果。（4）打完锚杆眼之后，必须把锚杆眼内的煤粉清理干净之后才能进行锚杆安装。（5）锚杆安装结束之后应该立刻挂网，金属网应沿着煤层外壁拉实、铺平，网边联接采用铁丝（12 号双股）拧大于 3个结，而后按照要求的时间采用机械或者扭力扳手扭紧锚杆螺丝，锚杆螺丝宜露出螺母 10mm～15mm。（6）煤矿井下巷道锚网实施后，应该每班都派专人检测顶板压力以及锚固力等技术指标，如一旦出现失效的锚杆，务必再次打锚杆眼，重新实施锚杆安装。

四、锚杆支护加固技术的主要优点

（1）通常情况下，需要进行支护的最终巷道断面是能过手工掘进与风镐相结合的方法形成的。因此，为了防止巷道冒顶等事故的发生，确保成型的可靠性，应当尽量少用放炮次数。这还能煤层壁更加平整，且有利于降低缝隙的产生。（2）锚杆支护加固技术用于巷道掘进的利用率最高可以达到 95％，但架棚的技术利用率大致为 80％左右。（3）用于锚固的树脂锚药凝固成形的速度快，只需 40 秒，大大方便了施工作业，并切实提高了施工效率。（4）锚杆支护不仅施工方法简单、工效高、劳动强度低，并且可以为企业节约一大笔材料费用支出，降本增效的作用明显。（5）采用锚杆支护技术的巷道变形率较架棚巷道要小，日常维护的工作量小，维护成本低。

五、如何对锚网支护进行管理

针对复采残煤、施工时地质结构变化大，有些煤层边帮、顶板松不稳，此时应该适当地将锚杆的间、排距减小或者更换支护方式方法。在后路的敲帮问顶时，如果发现锚杆中顶板有下沉以及离层现象，很多锚杆失去作用时，必须迅速撤离工人到安全区域，同时从外向内实施修复工作，等到修复完成确保安全之后才能继续施工。采取锚网支护措施的巷道，务必对锚杆进行锚固力的拉拔实验。每根顶板锚杆其规定的锚固力应该大于或等于 70kN，单根两帮锚扦锚固力不得低于 40kN，锚杆体的最大抗拉强度应该大于或等于 40Mpa，锚固力或者者杆体拉断力的最低值应该大于或等于锚杆所负载的煤层重。锚网巷道每30m 的距离应该设立一个监测站，安装顶板离层监测仪器，监测目标为顶板离层、顶板下沉距离、两帮移近大小、锚固力等技术指标。顶板离层监测仪器的操作说明，显示为绿线之时表明正常，显示为黄线之时应该加强监测，显示为白线之时应该减小锚杆间距和排距同时准备好钢棚的施工，显示为红线之时务必实施架棚支护作业。在井上建立锚固力试验及顶板层监测记录台帐，数据记录要准确及时。

我国煤矿已经形成了有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系，锚杆支护已经成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式。它深刻地改变了矿井的开拓部署与巷道布置方式，对我国高产高效矿井建设、煤炭产量与效益的大幅度提高及安全状况的改善起到不可替代的重要作用

参 考 文 献

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