基于锚杆支护技术煤矿井下巷道的研究与应用

【摘 要】随着煤炭行业的快速开采，锚杆支护技术在煤矿井下巷道应用越来越广。针对当前深部高地压巷道围岩条件的特殊性与复杂性，巷道支护设计更显得尤为重要。通过对锚杆技术的严格设计，可提高锚杆在矿井下的安全应用，提高矿井的生产效率，实践表明，锚杆支护系统是比较适合巷道的有效支护形式。

【关键词】锚杆支护；施工工艺；巷道

引言

随着煤炭科学技术进步，矿山现代化促进了生产的高产高效，煤炭资源开采由浅入深是客观发展的必然规律，深部开采引起高地压、高地温、高岩溶水压，深部矿井重力引起的垂直应力明显增大，构造应力场复杂，地应力高，煤矿深层次的开采将会造成围岩破坏严重，是当前世界产煤国家面临的共同问题。巷道支护技术是有效减少上述问题的关键因素，巷道支护是在巷道掘后，先向围岩打眼，在眼孔内锚入锚杆，把巷道围岩予以加固，充分利用围岩自身的强度，从而达到支护巷道的目的。锚杆的主要作用不仅是承受巷道围岩所产生的压力和阻止破碎岩石的冒落，并且通过锚入围岩内的锚杆来改变围岩固有的力学状态，在巷道周围形成一个整体而稳定的岩石带，锚杆与围岩共同作用而达到支护巷道的目的。锚杆支护是当前有效预防井下巷道的支护方式，能加固岩石，防止围岩变形、位移和裂缝。因此，在深入研究巷道支护理论的基础上，开发研制支护材料与配套设备，为煤炭资源开采提供技术支持具有非常重要的现实意义。

1 锚杆支护设计

为了解决巷道支护问题，考虑到巷道为永久使用巷道，服务年限长，并担负矿井运输任务，因此该段巷道的支护既要有足够的承压强度，又要保证施工安全，故巷道支护应满足达到支护效果的作用，确保矿井施工安全，在设计中应充分考虑矿井的地质条件及相互作用的承受力。

1.1 顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：L≥L1+L2+L3

式中L—锚杆总长度，单位：m；

L1—锚杆外露长度（包括钢带、托板、螺母厚度）；

L2—有效长度（顶锚杆取围岩松动圈冒落高度 b，帮锚杆取帮破碎深度 c）；

L3—锚入岩（煤）层内深度。

其中围岩松动圈冒落高度

式中B、H—巷道掘进荒宽、荒高；

—顶板岩石普氏系数；

—两帮围岩的似内摩擦角， = 。

1.2 校核顶锚杆间、排距：应满足

式中 —锚杆间、排距，m；

—锚杆设计锚固力，kN/根；

k—安全系数，一般取2；（松散系数）

L2—有效长度（顶锚杆取b）；

—岩体容重

2 锚杆支护施工工艺

煤巷锚杆支护施工应严格按照掘进工作面作业规程的有关规定进行。主要包括：（1）锚杆的材质、规格、间排距、安装（包括药卷的种类、数量及使用要求）、锚固力等要求；（2）锚杆的孔位、孔深和孔径应与锚杆类型、长度、直径相匹配等要求；（3）锚网的铺设与其他锚固装置连接牢固等要求；（4）支护用的作业机具型号和有关技术要求（包括喷浆机具、锚杆钻眼机具、树脂药卷搅拌机具、张拉机具等）；（5）支护质量监测技术要求（锚杆扭矩、锚杆和锚索的抗拔力检查、顶板离层监测、保护层强度检测等试验器具及各类破坏性检查的控制要求）。巷道施工支护工艺一般为临时支护和永久支护。

2.1 临时支护

锚杆支护巷道掘进工作面应采用临时支护，不应空顶作业，其临时支护形式、规格、要求等应在作业规程、措施中明确规定。煤巷掘进过程中的临时支护，是保证安全生产，提高掘进效率的一个重要因素。临时支护方法要求其操作简单方便，安全性能可靠，才能在生产过程中才能被有效地使用。当前临时支护主要有以下几种：（1）可伸缩式安全点柱。可伸缩式的安全点柱形式：金属摩擦支柱、内注式单体支柱、千斤顶式点柱。此类支护方式能在一定程度上适应巷高变化；（2）吊环前探梁支护。是利用吊环安装在锚杆外露丝扣部位，前探梁贯穿在吊环中移动，从而使锚网施工操作人员在前探梁掩护下作业，操作空间宽阔；（3）掘进机机载式临时支护。利用综掘机的泵站供高压液压油，经溢流阀到操作阀，再经分流集流阀分流，控制截割臂上架体的折叠、伸缩等油缸，托住暴露的顶板，起到临时支护的作用。

2.2 顶板支护

锚杆支护巷道落煤（岩）后，应及时进行顶板支护。若两帮煤体稳定，帮锚杆施工可适当滞后，滞后距离和最大空帮时间应在作业规程、措施中明确规定。

爆破或综掘机落煤后，快速将掘进工作面煤矸耙运到后方，使其达到方便锚杆安装的适当高度，创造出煤与锚索施工安装平行作业的条件，提高劳动效率。

规范对煤巷锚杆支护要求及时支护，说明了煤巷锚杆及时支护的重要性。及时支护是锚杆支护工艺技术的关键环节，通常讲的是露头就锚。

2.3 锚杆施工

采用锚杆作为临时支护，要对锚杆的抗拔力进行检测，锚杆施工过程中应在在掘进时要掌握巷道岩性变化动态。为了解锚杆随时间或受动压影响时应力的变化情况，要对锚杆的锚固力进行监测，在该巷道可选择多个测站，每个测站选择10根锚杆安设锚杆测力计。在锚杆施工时，及时对锚杆螺母的拧紧力矩进行检测，检查锚杆的安装质量。表1矿压观测的内容、目的及手段。

3 结语

（1）由于巷道深度不同，地质构造复杂，地应力动态变化，围岩强度和变形特征变化明显，围岩变形的流变性、扩容性和冲击性显著，巷道支护困难。

（2）在循环进度范围内暴露的顶板都必须先支护好，方可再进行下一道工序的施工，以保护作业区内的人身安全。

（3）在巷道锚杆施工中，锚杆支护主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、张开裂隙等扩容变形与破坏，及时加固顶帮，防止出现片帮掉顶，影响锚杆安装质量，减少顶帮松动离层和围岩变形量，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。

（4）及时支护在生产现场落实难度较大，特别是对于顶板、煤底、底板都松软的“三软”煤层，在巷道爆破后，待爆破的煤矸扒运其中的一部分后，具备顶板支护条件，就要进行支护，应尽量一次支护有效控制围岩变形，避免二次支护和巷道维修。

（5）随着煤矿掘进技术的发展，锚杆支护在煤矿巷道支护中会发挥更好的作用，有效降低矿井的生产成本，具有较高的经济效益和社会效益。

参考文献：

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