王小刚

摘 要：随着采矿理论的不断发展，岩石力学机理逐渐完善与成熟。在矿山开采中，一些地下巷道支护会产生较大的变形。当锚杆承受的负荷达到极限时，人们可以设置特殊连接装置，有效控制锚杆长度，在允许岩层轻度移动的情况下，使巷道达到新的平衡状态。本文阐述了恒阻大变形锚索支护机理和关键技术，旨在促进煤炭资源的安全可持续开采。

关键词：支护机理;厚煤层软岩;恒阻大变形锚索

Abstract： With the continuous development of mining theory， the mechanism of rock mechanics has gradually improved and matured. In mining， some underground tunnel support will produce large deformation. When the load on the anchor rod reaches the limit， people can set up special connecting devices to effectively control the length of the anchor rod and allow the tunnel to reach a new equilibrium state while allowing the rock layer to move slightly. This article describes the mechanism and key technologies of anchor resistance and large deformation anchor cable support， aiming to promote the safe and sustainable mining of coal resources.

Keywords： supporting mechanism;thick coal seam soft rock;constant resistance large deformation anchor cable

近年來，国内外矿山煤巷广泛采用锚杆支护。由于回采巷道的大变形和支护类别较多，因此锚杆形式不断发生变革，从单一的整体摩擦型、高刚度、高强度的锚杆向适用于煤矿回采巷围岩大变形的可伸缩锚杆发展。

随着矿山技术不断发展，开采力度不断加强，井下深度不断加大，巷道中的岩层受到不同力度冲击而产生较大变形[1]。当围岩出现大变形时，由于延伸率低，传统锚索难以满足现代矿山对支护围岩的要求。为适应岩层大变形，人们要提高锚索的延伸率和锚杆的负载范围，这是巷道围岩大变形支护的关键。而恒阻大变形锚杆（索）可以增加传统锚索的延伸率和锚杆承受能力，其已在地下巷道和硐室围岩支护等岩土工程中得到广泛的应用[2]。

1 恒阻大变形锚索支护机理

巷道开挖会破坏岩体的稳定性，原因有二。一是施工造成围岩松弛，对地质构造带来较大影响，降低了围岩的稳定性;二是应力重新调整，超过岩体的载荷量。因此，根据井巷工程作业条件，在围岩破坏前安装恒阻大变形锚杆（索），恒阻大变形锚杆（索）支护原理如图1所示。根据恒阻大变形锚杆（索）支护工作原理可知，在新型锚索安装前，可在适当的部位设计钻孔，然后将新型锚索放入孔内，钻孔与恒阻器之间用树脂锚固剂或水泥砂浆来封孔固定。恒阻功能是利用预先设计好的恒阻体与恒阻套管之间的摩擦力来实现的。

与传统锚索相比，恒阻大变形锚索具有“让中有抗，抗中有让，防断恒阻”的特性，能够控制深部开采时巷道围岩出现的非线性大变形，同时保持恒定工作阻力[3]。其中，恒阻器（见图2）是恒阻大变形锚杆（索）的核心部件。将恒阻器加装在传统锚索上，在围岩产生大变形时，它能够通过自身结构变形吸收岩体变形能，释放围岩产生的能量，重新达到三向平衡状态。

根据恒阻大变形锚索与围岩作用机理，可以将恒阻大变形锚索作用分为两个阶段。第一阶段是围岩变形中吸收变形能。地下工程破坏初期，巷道围岩容易出现大变形，使得作用在钢绞线上的拉力逐渐增大，恒阻套管内恒阻体会发生相应滑移，吸收围岩变形能，也就是说，在围岩出现大变形的同时，恒阻大变形锚杆（索）的钢绞线也发生径向拉伸，这样能够适应围岩的变形并吸收变形能。第二阶段是围岩变形后巷道保持稳定。当巷道围岩发生变形后，释放的变形能小于恒阻器的设定恒阻力，钢绞线本身的弹性变形和恒阻器结构的变形吸收了围岩变形释放的能量，钢绞线的拉力值逐渐降低，恒阻套管内恒阻体不再滑移，锚杆与围岩重新达到三项受力平衡状态。

综上所述，恒阻大变形锚杆（索）支护期间，一旦围岩发生形变，锚索内的钢绞线也对应地出现拉伸变形，吸收围岩变形所释放的变形能。同时，恒阻大变形锚杆（索）拉伸后，恒阻套管内恒阻体的作用使围岩重新达到稳定状态，实现了巷道围岩的稳定，消除了安全隐患。

2 恒阻大变形锚索关键支护技术

随着矿井开采技术的不断提高，当工作面采用切顶卸压无煤柱开采技术后，下一个工作面会承受预裂爆破、工作面推进和邻近工作面开采的三个应力对围岩所带来的影响。传统的锚索支护延伸率低，也不能承受三次围岩变形的影响，尤其是随着现代煤矿工作面开采深度的加大，围岩受到的应力不断增加，变形程度不断扩大，传统锚索支护已经无法达到工程要求。

新型锚索关键支护技术应用了耦合支护理论[4]，性能优越。设计的耦合支护与围岩共同作用时要做到荷载均匀化和支护一体化，使围岩的膨胀能和其他非线性能量充分释放，充分保护围岩不被破坏，避免巷道失稳。因此，设计的耦合支护必须具有足够的刚度，能及时限制围岩大变形造成的变形损伤，又具有一定的柔度来适应围岩大变形。

3 结论

近年来，随着矿井开采深度的不断加大和开采技术水平的不断提高，巷道支护变得愈发重要。本文分析了新型锚索恒阻大变形锚索的支护机理和地下工程围岩大变形条件。当井下巷道围岩发生大变形而释放能量时，该新型锚索不仅能够承受围岩的大变形，还能够吸收围岩释放的膨胀能和其他非线性能量，使巷道达到新的平衡，因此其值得广泛推广和应用。

参考文献：

[1]张辉.超千米深井高应力巷道底鼓机理及锚固技术研究[D].北京：中国矿业大学，2013.

[2]孙晓明，杨军.深部回采巷道锚网索耦合支护时空作用规律研究[J].岩石力学与工程学报，2007（5）：895-897.

[3]何满潮，张国锋.白皎矿保护层沿空切顶成巷无煤柱开采技术研究[J].采矿与安全学报，2011（4）：511-513.

[4]何满潮.软岩工程力学的理论与实践[C]//中国煤矿软岩巷道支护理论与实践.1996.