煤矿巷道影响锚杆支护的因素

摘要：在分析煤矿巷道类型与特点的基础上，介绍高预应力、强力锚杆支护理论与技术的典型应用实例，包括千米深井巷道、软岩巷道、强烈动压影响巷道、大断面开切眼、深部沿空掘巷与留巷、采空区内留巷及松软破碎硐室加固。基于这些复杂困难巷道的特点与地质力学测试结果，进行巷道支护设计，通过矿压监测数据分析与信息反馈，评价支护设计的合理性与围岩稳定性。实践表明，采用高预应力、强力锚杆支护系统，必要时配合注浆加固，能够有效控制巷道围岩的强烈变形，并取得良好的支护效果。

中图分类号： X752 文献标识码： A

关键词：煤矿巷道；锚杆支护；质量分析；因素探究

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。

1 煤矿巷道的发展历史

煤矿巷道支护的发展经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程。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到高强度再到高预应力、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都相对较低，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 年~1997 年引进澳大利亚锚杆支护技术开始的[2]。通过引进技术与示范工程，对高强度螺纹钢锚杆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，比如说：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。

2 煤矿巷道布置的发展方向

随着经济的持续快速健康发展，我国煤矿行业的发展也越来越快，每个煤炭企业都希望能够最大程度的创造出企业利润，实现企业利益最大化。于是一些采煤企业在生产经营过程中，不断的加强开采的强度以及扩大开采的范围。为了能够在安全生产的前提下，最大程度的加大开采力度，就需要我们保证煤矿巷道的数量以及安全。巷道的布置便是我们必须要重视的问题，在不断的探索过程中，巷道布置有以下四种发展方向。第一，由于煤的需求量与日俱增，为了能够更多的挖掘矿井，我们不得不提高建井的速度，于是我们在建井时就会考虑到巷道的层位方面的问题，从这一角度对巷道进行改革，于是慢慢的我们不再采用岩巷而采用煤巷，因为这能大大的缩短建井的周期；第二，要保证煤矿施工的工期，就必须提高挖掘巷道的速度，将挖掘过程中所产生的断面积极的利用起来。于是从巷道断面的层面上观察，我们发现煤矿巷道经历了拱形断面和矩形断面两个发展阶段。另外，我们主张积极采用回采巷道，因为这一巷道有一个鲜明的特点，就是其能够快速的推进采煤工作面的施工进程。巷道的断面也在不断的增大，这是为了能够使大型采掘设备有更好的工作环境[3] ；第三，另外，我们要多建设回采巷道，并且使回采巷道中的单巷在数量上占优势。第四，煤矿巷道的挖掘工作不再像以前一样，可以只针对比较浅的部

分以及地质条件相对简单的部分，由于煤矿需求量的增大，我们不得不挖掘更多的煤，会将触角伸向那些比较深以及地质条件复杂的部分，这就对支护技术提出了更高的要求。例如，某市某煤炭企业为了提高煤炭产量，将矿井建的很深，但是由于

它的支护技术没有跟上要求，导致了很多施工人员的死亡。因此支护技术必须跟上我们煤炭企业的发展步伐，如图1 所示。

3 影响锚杆支护质量的因素

锚杆支护的质量受很多因素的影响，其中最为重要的是围岩的稳定性、地质构造、断面大小、服务年限长短以及相关的其他因素。现今我们一般采用的都是螺纹钢锚杆，这种材料一们的稳定性。螺纹钢锚杆有着自身的结构特征，在杆体上有轨制的连续螺纹，我们在特殊情况下会在紧固端设置预应力垫片和球头型螺母。这一设置使得它有着明显区别于圆钢加工的锚杆的优点。当然它还有其他的优点，比如锚固端和紧固端不需要机加工、材料运用率低等等。当然对锚杆支护质量影响最大的是煤矿巷道，在下文中予以重点描述。煤矿巷道的特点会因地质条件以及施工环境的不同而不同，但是每个煤矿巷道都有一些普遍的特点。比如说，煤岩体的强度比较低，地质结构有时会比较复杂，并且在巷道中的动压容易影响支护的使用，由于我们常建的巷道是矩形断面，这样就使得它的受压能力不高等等，这些特点都使得巷道对支护技术要求更高更苛刻。

4 煤矿巷道锚杆支护存在的技术问题

影响锚杆支护质量的外在因素主要来自操作方面。由于锚杆的施工主要是靠人工操作，而且其工序繁多、要求严格，稍有不慎就有可能出现问题。锚杆支护受到锚杆眼和锚杆安装过程这些外在因素而使得其支护质量受到影响。

矿井巷道是确保煤矿开采的重要安全措施之一，也是促进煤炭企业安全生产的重要保障，锚杆支护技术在我国已有50多年的应用历史，从锚杆支护的强度来看，经历了机械式锚杆、钢丝绳砂浆锚杆，端部树脂锚杆，以及快速水泥锚杆等过程，但从其支护刚度与稳定性来看，由于采用被动支护技术，仅适应于简单地质特点。随着高强度锚杆支护的引入，特别是高强度螺纹钢、高清树脂材料、动态支护设计方法的应用，新材料、新技术的应用促进了锚杆技术的不断发展。

从煤矿企业的发展来看，以实现利润的最大化是未来煤矿行业发展的主趋势，为了进一步做好煤矿开采的安全生产目标，对于深部开采或复杂地质条件下的巷道安全的稳固支护，已经成为未来矿井安全生产的重要保障。为此，加强对巷道及围岩实施全面的支护措施，必须把握巷道布置的发展趋势，一是从提高建井速度来看，加大对巷道层位的

布置，变岩巷为煤巷；二是从确保矿井工期来看，提高巷道断面的利用率，特别是对回采巷道的应用，来推进采煤作用的施工进度；三是增加单巷在巷道数量中的比重；四是从矿井井深和复杂地质条件下，来提高巷道支护技术，以确保煤炭企业的稳步发展。

从矿井实测数据和相关资料分析可知，对于矿井巷道锚杆支护效果来说，在采掘期间出现的围岩变形情况十分普遍，特别是在深井软岩巷道中，对于锚杆支护与金属支架的破坏非常明显。巷道支护预应力的分析来看，只有尽量消除软岩离层现象，避免在两帮围岩出现的应力集中，才能有效实现对初期围岩变形的控制，增强快速增阻能力。因此，在安装锚杆结构时，如果锚杆的工作荷载预应力过低，则锚杆对巷道两帮的作用力并不明显，而当安装时具有较高的预应力时，则随着巷道两帮移近量的增加，其对巷道围岩的抑制能够有效减少支护变形，因此，应该加大对锚杆高预应力的应用。

5 煤矿巷道锚杆支护的技术突破

上文主要介绍的是一般支护所存在的技术问题，作为支护技术中比较常用的锚杆技术也面临同样的技术问题。锚杆支护的作用原理对一次支护具有决定性的作用，这是因为锚杆技术有着不同于巷道表面支护的重要特征。我们在分析锚杆支护时不能够简单的利用研究连续体的方法去研究它，因为锚杆支护周围的环境相对来说比较特殊，存在很多的煤岩体，而煤岩体是属于不连续体的。另外，为了能够使锚杆的支护作用得到充分发挥，我们首先要做的是如何使锚杆支护工作中多产生的阻力扩散到围岩中，这样才能够很好的保证锚杆的锚固力。

下面从两个方面介绍巷道锚杆支护的技术突破。第一，由于锚杆支护的主要作用在于控制它四周的岩石等不会发生滑动、断层等等现象，使得四周的煤岩体保持完整，从而保证巷道施工的安全进行。而锚杆的预应力在这一过程起着非常重要的作用。因此我们要通过合理设计锚杆支护，提高锚杆支护的预应力。第二，研发更多能够精确检测岩地质特征的技术，以及提高支护材料的强度以及刚度，将施工技术、支护工程质量检测以及相关的注浆技术联合在一起，为巷道施工提供优越的有保障的支护技术。基于以上两点，我们研究出了高预应力以及强力锚杆支护技术，还研发出注浆与强力锚杆等等这些支护技术，同时，在具体的采煤工作中我们需要结合施工巷道的实际情况，因地制宜的采用相应的支护技术。

6结论

煤矿巷道地质与生产条件的特点主要表现为：煤岩体强度低，地质构造复杂，层理节理发育；动压影响强烈；巷道多是矩形类断面，受力差；护巷煤柱小。这些特点带来一系列复杂困难巷道，对支护技术要求更高、更苛刻。

锚杆支护是当下煤矿巷道支护的有效手段和主流形式，其质量和水平直接关乎煤矿开采的安全与效益，若不能及时消除或控制其质量隐患，则易引发安全事故。因此我们有必要对其质量的影响因素加以分析，并立足实际，探讨切实而有效的措施以便将质量风险降到最低，进而为煤矿开采提供良好的作业环境和安全保障。

参考文献：

（1）袁亮. 淮南矿区煤巷稳定性分类及工程对策[J]. 岩石力学与工程学报，2004，23(增2)

（2）靳职鹏.煤矿巷道影响锚杆支护质量的因素［J］.科技与企业，2013(19)：18-19.

（3）聂启胜，贾俊明，王文兵著.锚杆支护技术初探[M].