软岩锚网喷支护体系可靠性分析及对策

[摘 要] 锚网喷支护技术在煤矿巷道支护中虽已广泛应用，但在实际施工中由于多种因素，锚网喷支护质量受到严重不良影响。本文通过对软岩锚网喷支护体系研究，从锚网喷支护技术的作用机理入手，针对相关问题进行了分析探讨，分析了支护体系的可靠性、存在的问题给出了合理可行的对策，并提出了相应的改良措施。

[关键词] 软岩； 锚网喷； 支护问题； 对策

“锚网喷”支护是一种主动支护，大多用于很多不同类型的软岩巷道。但是，软岩巷道维护一直是煤矿生产建设中的难题。随着煤矿开采深度的不断增加，维护的问题也就更突出。虽然在软岩巷道中采用锚喷支护是可以的，但是不能原封不动的照搬，要根据观测的成果和岩层的地质状况来设计，很多单位在所有巷道中采用同样规格的锚杆，如果仅在密度上稍作调整，这类支护设计是不可行的。因为很多因素不同所需的支护强度也是不一样的，所以必须因地制宜。70年代末到90年代中，软岩支护被视为煤炭行业乃至国家的重点攻关项目，取得了满意成果。

一 软岩锚喷支护现状

现在很多煤矿在开拓、准备巷道中全面推广锚网喷支护，巷道也越来越长。其中：软岩和软岩互层巷道大约占到了80%，解决了以前软岩巷道支护方面的难题。然而在使用和维护中仍然存在部分问题。伴随着矿井开采水平的延深，矿压越来越大，软岩控制问题也越来越严重，锚喷支护遇到了更大的挑战。不过在经过几年来的辛苦摸索之后，在优化设计、施工丁艺方面做出了改进，因地制宜地设计支护参数，通过实践证明，在矿压较大的软岩巷道中锚网喷支护仍然是很有效的支护形式。

1、锚网喷支护参数

煤矿采用的锚杆种类有很多，直径在14～22 mm之间，长度1.6～2.25m之间。采用菱形金属网，喷射混凝土在100～120mm之间，经过初喷和复喷达到设计要求。在较高应力软岩巷道中应用锚网喷支护，还要同时辅助以U型钢支架、混凝土浇灌、锚注支护等方法。所用的网有Φ65盘条焊接网和废旧钢丝网。喷射混凝土的厚度在50～120mm之间，共初喷和复喷两次，最终达到设计厚度。对于应力高的区域主要采用峒室、水仓、车场等并且辅助U型支架、混凝土浇灌等技术加强支护强度。

2、锚网喷支护机理

锚网喷支护既充分发挥喷射混凝土的作用，又充分发挥锚杆的作用，同时在网的作用下使围岩具备比较高的柔性和较大的允许变形量。其中锚杆把围岩松动圈进行了加固，不仅提了高围岩的整体性还提高了围岩的整体强度。混凝土喷层的作用是阻止围岩松动，让喷层能紧跟掘进的工作面，实施及时有效的支护，阻止围岩松动或过快地发生形变。钢筋网的作用是均匀分布喷层应力，改变其变形能力，增强锚喷支护的整体性、喷层的柔性、增强喷层承载力。间接增强了岩体中的环向力，使组合拱支承的能力增强。

二 影响软围岩锚网喷支护体系质量的因素分析

1、锚杆材质对支护质量的影响

管缝式锚杆锚固力与材质、锚杆半径、围岩硬度、爆破质量、锚杆装备方式及安装质量有关。管逢式锚杆用A3钢，厚度2.75mm的钢板加工而成，设计极限拉力12吨。A3钢本身抗拉强度低，为240N/mm2。实践表明，Φ43L1600的管缝式锚杆在细砂岩中的初锚力在5吨左右，在软岩中小于4吨，一般在2～3吨之间。软岩巷道岩石之间结合力很弱，受力后可能发生破碎，不少巷道的损坏就是因为个别锚杆托板受力后其周边的岩石碎裂，碎裂处加快了风化潮解，岩石强度降低，最后导致托板失效。此种锚杆数量的增多又会导致巷道的损坏，所以要加大巷道中锚杆的托板规格。

2、网

实践证明，真正将网拉断的现象很罕见。基本上是从网连接处裂开，一是，钩连被拉开。二是，施工时未连网或连网不符合要求，喷浆隐蔽而较难发现。使支护体不完整，形成不稳定的点、线，使围岩产生位移空间而发生损坏。所以必须重视现场施工管理，保证网与网搭接坚固。

3、喷射混凝土

喷射层影响支护质量主要有水泥质量、配比、工艺等；工艺方面主要是初喷不及时或初喷过厚造成未及时封闭围岩造成喷层与围岩结合不好，二次支护未执行或执行时间不符合要求。喷射混凝土可以防止巷道表面风化、加固和改善围岩应力状态、降低应力集中、避免应力集中点的破坏性移动；混凝土浆液嵌入裂缝，增强软岩块间结合力；避免危石或者锚杆间危石掉落。

三 软岩锚网喷支护合理性及存在问题与对策

1、支护合理性

只要选用支护参数适当，锚网喷支护对软岩支护来说是较为合理的，它具有：

（1） 形成高强度的组合拱，与围岩共同承载的好处。

（2） 支护力度大。

（3） 可变形量大。从很多巷道调查情况分析，大多数围岩位移量在500mm以内可保持支护完好，围岩位移量在500～1000mm范围时，通过加固可使用。一般情况下，当喷层开裂时，可在裂缝两边补打锚杆再喷混凝土加固。

2、存在问题与对策

锚杆支护作用机理较多，但采用哪个软岩支护却没有统一定论，理论研究上没有把锚杆作用机理与软岩支护原则有机结合研究。所以尚无指导井下软岩巷道较为合理的支护理论和参数设计。实践中仅针对某一工程地质分析后再设计出相应的支护，因此很多的软岩支护设计仅凭经验判断。通过分析锚喷支护中存在的不足，提出了解决这些问题的一些方法，给锚喷支护的改进与完善提供借鉴。

主要途径如下：

1、进一步研究锚喷支护机理，完善支护工艺。

开发高强度喷射混凝土及高强度的锚杆、锚索等支护材料，来解决深部巷道锚喷支护的不足。

2、建立一系列合理的锚杆支护设计方案。

随着新奥法、收敛约束法在国际上的风靡，美国、澳大利亚等国采用了“地质力学评估一计算机数值模拟进行初始设计一现场施工、监测一信息反馈―修改完善设计”的设计方法。

3、加强矿压监测，进行长期监控，提高锚网喷支护的合理性。

锚、网、喷支护设计要在矿压监测的基础上进行。要测得各种岩层的松动圈程度；要掌握不同围岩的自稳期；要测出不同巷道，不同吸水状情况下的底板比压、断面收敛变形值和变形速率；要掌握围岩的工程稳定性；对不同情况采取不同的支护形式、巷道断面、支护参数，从而做到具体问题具体分析。

4、尽可能使用高强度锚杆，还要加大锚固长度。

特别是大长度或全长度锚固时，锚杆与围岩胶合成一体，从而加固了岩体，使岩体强度增强，减少变形和损坏。而端头锚固时支护材料与被支护体之间是分离的，岩层容易发生离层失稳。锚固点的锚固质量不达标，就会引起整根锚杆失灵。对于不稳定的岩层，锚杆支护中要求单根锚杆支护力更大，以达到稳定支护的要求。

5、完善和加强工程监控量测。

工程监控量测是锚、网、喷支护工作体系中的组成部分，而且要与巷道支护施工同时进行。把支护效果和围岩的安全、稳定动态作为检测的要点。其具体目的是：

①监控支护施工动态，做到有所准备；

②量测巷道收敛变形，预告围岩稳定安全度信息，以便及时采取措施；

③提供修正支护设计依据，进行正确、有效和经济的巷道施工。

四 结论

实践表明，软岩巷道采用锚网喷支护体系在技术上是合理的，能适应软岩的变形特点。但还存在支护单一，强度有限等问题，因此，有一定的局限性。在实践中，对软岩巷道的围岩位移量和支护的最大可缩量以及支护可以限制围岩位移量等问题很难定量估计。因此，给巷道断面设计、支护方式选择、支护参数设计带来了很多问题。今后应加强这方面的研究工作。

[参考文献]

[1] 陈炎光，陆士良。中国煤矿巷道围岩控制[M]。徐州：中国矿业大学出版社，1994

[2] 陆士良，汤雷，杨新安。锚杆锚固力与锚固技术[M]。北京：煤炭工业出版社，1998

[3] 姜福兴，矿山压力与岩层控制[M]。北京：煤炭工业出版社，2004