基于高应力巷道的全断面锚索支护研究

【摘要】巷道支护技术是煤炭开采工程中的一项关键技术。安全、合理、有效的巷道支护技术是保证矿井高产高效的必要条件。本文深入探讨研究了高应力巷道全断面锚索支护技术，通过本文的研究，有利于解决困难条件下巷道支护难题，显著降低巷道位移量，提高矿井生产安全。

【关键词】高应力巷道；全断面锚索；支护技术

1、引言

1.1研究背景与意义

煤矿巷道的围岩条件是千变万化的，随着开采深度加大，地质条件会更加复杂和恶劣，而高应力将是影响巷道支护质量和效果的一个主要因素，采用何种支护方式才能确保巷道的安全使用以及后期工作面的安全回采，是困扰广大工程技术人员的一大技术难题。

项目拟采用高强度大延伸率全锚索支护技术来解决余吾煤业困难条件下的巷道支护问题。高强度大延伸率强力锚索是目前国内的最新产品，高强度大延伸率强力锚索以其特有的高强度、大延伸率等优点，完全可以控制高应力巷道的大变形问题。

因此该项目的提出及研究、实施，可以解决在余吾煤业困难条件影响下巷道支护技术难题，完善锚索支护理论，也为同类条件下工作面的合理布置及巷道支护提供参考和理论依据，进一步拓展锚索支护的应用范围，为此，开展余吾煤业复杂条件下全断面锚索支护技术研究是非常必要的。

1.2主要研究内容

a.高应力条件下巷道受力机理分析与评价

b.锚索结构理论分析以及数值模拟计算

c.全断面锚索结构设计及施工工艺研究

d.高强度大延伸率强力锚索施工机具的选型与试验

2、高应力巷道变形破坏机理分析

高应力巷道围岩变形具有变形量大、初期变形显著、变形持续时间长等特点，而且围岩变形的空间效应强，易受外界环境的扰动影响，在有冲击倾向的巷道中，围岩变形有时不是连续的，而是突然剧烈增加，具有强烈的冲击性。

锚索的作用主要有两方面：将锚杆支护形成的次生承载结构与围岩相连，提高次生承载结构的稳定性，同时充分调动围岩的承载能力，使更大范围内的岩体共同承载；锚索施加较大的预紧力，可挤紧和压密岩层中的层理、节理裂隙等不连续面，增加不连续面之间的抗剪力，从而提高围岩的整体强度。

3、锚索排距与应力分布

锚索具有锚固深度大、强度高、可施加较大预应力等特点，在岩体加固工程中得到广泛应用。

a.当锚索排距较大时，每根锚索形成的有效压应力区彼此孤立，锚索之间及锚索长度中部的压应力值较小，锚索的主动支护作用不明显；

b.随着锚索排距缩小，单根锚索形成的压应力区逐渐靠近、相互叠加，锚索之间的有效压应力区扩大，并沿巷道轴线方向连成一体；

c.当锚索排距缩小到一定程度，再缩小排距，对有效压应力区扩大、锚索预应力的扩散作用变得不明显。

4、锚索支护材料与机具的研制

本项目开发出与φ18mm、φ20mm、φ22mm钢绞线配套的高强度锚具，其承载力大于钢绞线破断力。其中，与φ22mm钢绞线配套的锚具技术参数如下：承载能力：614kN；适用钢绞线等级：2000MPa；单件质量：1.5kg；外形尺寸：φ65×65mm。

开发了与强力锚索配套的拱形锚索托板，并配调心球垫，托板尺寸为300mm×300mm×16mm。一方面托板的承载能力显著提高，与高预应力、强力锚索相匹配，且具有一定的变形性；另一方面，托板可调心，改善了锚索受力状态，使锚索支护能力得以充分发挥。研制的高强度锚索托盘最大承载能力590kN，完全满足井下支护的要求。

5、南翼进风大巷全锚索支护现场试验

针对目前高强度大延伸率强力锚索施工机具存在的功率偏小、重量较重、张拉困难以及使用寿命较低的情况，与有关单位合作开发或引进效率高、重量轻、寿命长的施工机具，并在井下进行试验，为今后高强度大延伸率强力锚索支护体系提供了定型机具。

6、矿压监测

在南翼进风大巷中，分别设两个测站。巷道掘进40m后设置第一个测站，包括两个巷道表面位移监测断面，一个顶板离层监测断面，一个锚索受力监测断面。掘进80m后设置第二测站。对于南翼进风大巷围岩条件下，两帮和顶板的初始预应力和预应力损失见图。

7、技术效益分析

a.成功解决了余吾煤业高应力软弱煤层条件下巷道支护难题，使余吾煤业对巷道支护从观念上有了新认识，对锚索的参数合理选择有了更深入了解。

b.从观念上基本打消了各级领导和工程技术人员对全断面锚索支护系统支护能力以及巷道安全方面的顾虑，对该项技术有了新的认识。

c.在支护材料费用上，虽然与原有支护相比有所增加，但由于全断面强力锚索支护系统大大提高了巷道支护强度，保证巷道安全，因此节省了大量维修费用。

d.全断面锚索支护系统加大了施工排距，提高了巷道的单进水平。

参考文献

[1]何满朝.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社，1996.

[2]陆家梁.软岩巷道支护技术[M].长春：吉林科学技术出版社，1992.

[3]刘民东.高应力软岩硐室锚索支护实践[J].焦作工业学院学报，1994，22（4）：251—254.