陈光波 郭海涛

(黑龙江科技大学，黑龙江 哈尔滨 150000)



关于煤矿锚杆支护的探究及应用

陈光波 郭海涛

(黑龙江科技大学，黑龙江 哈尔滨 150000)

论述了煤矿锚杆支护的现状和理论，对锚杆受力曲线和围岩响应曲线进行了分析，探究了锚杆在煤矿中的应用技术，并举例说明了锚杆支护在变形巷道中的应用成效，指出锚杆支护技术体系的完善和发展，促进了其在煤矿中的推广应用。

煤矿，巷道，锚杆支护，应用

1 锚杆支护的现状及理论

我国煤矿以地下开采为主，井下大量巷道的开挖引起原岩应力状态发生改变，为了满足矿井的安全生产，必须保持巷道的畅通和稳定。近几年来，巷道的支护越来越受到关注。

绝大多数矿区煤矿巷道支护已经实现了60%的锚杆支护率，其中个别矿区超出了80%，甚至有的矿区煤巷全部是锚杆支护。我国煤矿经过对锚杆支护体系的不断完善和发展，边探索边前进，已经形成了具有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系。

传统的锚杆支护理论主要包括组合梁理论、悬吊理论、组合拱理论和冒落拱理论，它们都有效的指导了煤矿的安全生产，对煤矿未来的发展起到了推动作用。锚杆支护理论的作用机理涵盖了如下几方面：

1)就锚杆支护系统本身来讲，最重要的内在因素是刚度，特别是锚杆预应力起到了关键性的作用。同时，非常高的预应力也就决定了锚杆必须具备非常高的强度。

2)控制锚固区和锚固区附近围岩裂隙的张开、离层以及在新的裂纹产生时围岩因为扩容发生的破坏和变形是锚杆支护最重要的作用。

3)锚杆预应力的扩散严重影响着锚杆支护的效果。为了合理地把锚杆预应力扩散到离锚杆更远的围岩中以提高围岩稳定性和强度，应该使用特殊辅助构件，如钢带、托板与金属网等。

4)锚杆支护与喷浆支护结合形成联合支护系统，简称锚喷支护。喷射混凝土支护与锚杆支护联合搭配支护，能够起到紧固松动的岩块和防止坠块的效果，使巷道的承载能力得到明显提高。

5)锚杆支护与注浆支护结合形成的锚注联合支护系统。巷道注浆加固支护是支护层次最高的支护，常用于软岩巷道和围岩异常破碎的巷道的加固和维修。

2 锚杆受力曲线和锚杆支护围岩响应曲线分析

经过科学研究得出：锚杆存在以下五种类型的受力曲线，如图1所示。曲线1是一条平直的直线，随着时间的推移，锚杆的受力很小且几乎不变。此类锚杆属于低预应力锚杆,在支护原理上属于被动支护，基本达不到理想的支护效果；曲线5随着时间的推移锚杆的受力逐渐增大，达到一定值后受力减小；此类锚杆属于高预应力、强力锚杆，分析得出锚固区位移差不大，而且周围煤岩体扩容变形也在允许的范围内；曲线2～曲线4位于曲线1和曲线5之中，此类锚杆的预紧力远远小于临界值，控制巷道围岩离层的作用效果差。

根据图1的锚杆受力变化曲线，分析了锚杆受力特征，得到锚杆支护围岩响应曲线，如图2所示，其中，图2中的曲线编号与图1相对应。曲线5是高预应力、强力锚杆支护与围岩的响应曲线，此类锚杆支护能减少围岩变形量，使围岩变形在可控范围之内，保持了围岩的稳定性；由曲线2可以看出随着边界位移的增大，支护压力先急剧升高，然后缓慢降低的过程。此类锚杆可以承受的围岩变形量较小，在曲线的可承受的压力最高点锚杆破断，由于破断的锚杆支护能力非常弱，围岩基本处于无支护状态，因此锚杆破断后，围岩的变形量急剧增大；由曲线3看出开始时随着围岩变形量增加，支护压力不断升高，下降到一定值时，支护压力随着围岩变形量的增加而趋于稳定；曲线4可以看出随着围岩变形量的增加，锚杆支护压力明显不稳定，后期锚杆锚固力降低，支护效果不明显，此类锚杆不适用于围岩变形量太大的巷道，有可能导致围岩失稳。

3 锚杆支护在煤矿中的应用

3.1 修复巷道

锚杆支护可以修复巷道，尤其是处在采动影响区的巷道，支护方式为整体混凝土支架支护时，支架可能受到裂隙破坏。此时，可在支架破坏处使用锚杆支护作为巷道的补充加强支护。在巷道顶板打设锚杆，在锚杆的支护下，顺便清理冒落的岩石，再向巷道底板打锚杆，这样整个巷道就完成了锚杆支护。

3.2 防治巷道底鼓

锚杆加固是防治巷道底鼓强有力的措施。在巷道底板附上与巷道横交的锚梁，使用锚杆将锚梁紧拉向底板，一般使用的锚杆为金属锚杆、钢筋混凝土锚杆和钢丝绳锚杆等几种类型。经大量的实践验证，在锚杆支护的作用下，巷道底鼓的变形量减少1/3～2/3。

3.3 加固水平间煤柱

锚杆支护是加固水平间煤柱最经济、合理、有效的支护方式。根据煤层的厚度，水平间的煤柱先采用桁架式支架来支护，然后再使用锚杆支护。此时，超前工作面2.0m左右安装桁架式支架。

以下是某煤矿资料，根据实际情况，在此煤矿探索研究了高预应力、高韧性、强力支护技术。

巷道状况：巷道为埋深H=710m左右的工作面回风巷，断面形状为下宽上窄的倒梯形，高h=2.5m，宽L=5.0m。煤层状况：煤厚M=11m，倾角α=20°左右,抗压强度Rc=820MPa。顶板状况：直接顶为泥质砂岩与细砂岩。此巷道采用强力锚杆、锚索联合支护方式。支护参数：锚杆为直径22mm长度2.14m的树脂加长锚杆。W钢带与金属网配合护顶。锚杆间排距为800mm，顶板和上帮每排7根，下帮5根。锚杆预紧力达到500N·m。使

用直径22mm、长度6.13m、张拉力为300kN的锚索。顶板锚索间排距1.8m，每排2根。

巷道经过锚杆锚索支护后：巷道从掘进到稳定的两帮移近量为115mm，顶底板移近量为30mm，顶板稳定，无离层，起到了非常明显的支护效果。留巷期间，从工作面前方10m到后方100m内,顶底板移近量增加150mm，巷道呈稳定状态。在留巷复用期间,虽然历经二次采动影响,但回采工作面几乎没有受到超前支承压力的影响。对有些地段出现的围岩变形和巷道底鼓现象，采取了特种支护手段，使巷道围岩的变形始终保持在允许的范围内。从开始掘进一直到最后复用的过程中，达到了理想的支护效果，可以完全满足矿井的安全、高效、经济的生产要求。

4 结语

经过以上理论分析和实践应用，得出了以下结论：

1)在煤矿巷道支护技术方面，我们不断摸索，在曲折中前进，一步步发展和完善了锚杆支护技术。该技术也得到了认可和使用，是合理、有效、经济的支护方式[4,5]，也是煤矿在保证安全的条件下实现良好的经济效益必备的关键。

2)现在的巷道支护已经不仅仅是单一的锚杆支护技术，它还融合了喷浆、注浆方式形成锚喷、锚注等联合支护方式。同时，近年来也开发出包括高强度、高刚度支护材料和快速施工机具与工艺在内的锚杆支护技术新体系，也广泛应用于煤矿巷道的支 护中。

3)复杂多变困难条件的巷道已经成功使用了新型的锚杆支护成套技术，例如深井巷道、泥质软岩巷道、沿空留巷、沿空掘巷以及受采动影响严重的巷道，并且都有效控制了围岩的变形，达到了理想的支护效果。

[1]巨云峰.锚杆支护原理及其在煤矿中的应用分析.河南科技,2012,3(下)：78.

[2]杨新安,陆士良,葛家良，等.软岩巷道锚注支护技术及其工程实践.岩石力学与工程学报,1997(16)：171-177.

[3]康红普,王金华,高富强.掘进工作面围岩应力分布特征及其与支护的关系.煤炭学报,2009,34(12):1585-1593.

[4]康红普,王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术.北京:煤炭工业出版社,2007.

[5]侯朝炯,郭励生,勾攀峰，等.煤巷锚杆支护.徐州:中国矿业大学出版社,1999.

[6]张路亭.关于煤矿巷道支护技术的研究.产业与科技论坛，2011，8(10)：16.

[7]康红普,王金华,林 健.煤矿巷道支护技术的研究与应用.煤炭学报,2010(11):1809.

[8]侯朝炯,勾攀峰.巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究.岩石力学与工程学报,2000,19(3):342-345.

Onexplorationandapplicationofanchorsupportofcoalmines

ChenGuangboGuoHaitao

(Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150000, China)

Thepaperindicatesthestatusandtheoryofthecoalmineanchorsupport,analyzestheanchorstressedcurvesandgroundresponsecurve,explorestheapplicationoftheanchorincoalmines,indicatestheapplicationeffectoftheanchorsupportinthedeformationroadwayswithexamples,andpointsoutthetechnicalsystemfortheanchorsupport’simprovementanddevelopment,soastoenhanceitsapplicationincoalmines.

coalmine,roadway,anchorsupport,application

1009-6825(2015)21-0051-02

2015-05-10

陈光波(1990- )，男，在读硕士； 郭海涛(1989- )，男，在读硕士

TD

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