煤礦巷道錨桿支護應用實例

孫善云

（山西霍恒工程監理有限公司，山西太原 030001）

煤礦巷道錨桿支護應用實例

孫善云

（山西霍恒工程監理有限公司，山西太原 030001）

煤礦巷道支護是保證巷道安全性能，促進煤礦安全生產的重要施工技術。隨著科學技術水平的發展，煤礦巷道支護技術水平也得到了顯著的提升。結合實踐工作經驗，以煤礦巷道的錨桿支護方式為例，對煤礦巷道支護工程進行了探討，以期能夠為煤礦巷道錨桿支護應用水平的提升提供幫助。

煤礦工程；巷道；錨桿支護

0 前言

煤礦巷道支護技術在煤礦產業當中有著很長一段時間的發展歷史，在煤礦開采技術的不斷發展與革新下，煤礦巷道支護技術也得到了長足的進步，其中以錨桿支護技術最具典型性。錨桿支護技術的有效應用，開創了煤礦巷道支護技術又一個發展的新篇章。其不僅在施工方面更具便捷性，還在支護效果上有了很大的突破，這對煤礦巷道支護的質量及煤礦巷道支護技術的發展無疑是帶來了巨大進步。

1 煤礦巷道支護的理論發展

1.1 煤礦巷道的布置發展

在煤礦開采技術的發展下，巷道布置實現了重大發展。其中，在煤礦巷道的層位選擇上，為了縮短礦井建設周期，提升掘進速度，巷道從巖巷轉向了煤巷。放頂煤開采技術的廣泛應用，使回采巷道從巖石頂板煤巷向煤層頂板巷道發展。另外，在巷道斷面的形狀和大小控制上，為了提高掘進速度和斷面的利用效率，矩形斷面已經取代了拱形斷面，與此同時為了滿足大型設備的作業需求，礦井的斷面也開始逐步擴大。在回采巷道數量方面，為了滿足高瓦斯礦井的通風要求，單巷布置已經開始實現向多巷布置發展。而巷道賦存方面，也從淺埋地區向深埋地區發展，簡單地質條件向復雜地質條件發展。從煤礦巷道的發展情況可以看出，煤礦巷道的支護難度越來越大[1]。

1.2 煤礦巷道支護的發展

在煤礦開采和巷道的發展背景下，煤礦巷道支護迎來了新的發展前景。煤礦巷道支護技術在經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護的發展過程中，進入了錨桿支護時代。錨桿支護在我國的使用已經有半個世紀以上的歷史，其經歷了低強度支護階段，高強度支護階段，高強度高預應力支護階段和強力支護階段。同樣錨桿的材質也經歷了一個漫長的發展使其，機械錨固錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、端部錨固樹脂錨桿、快硬水泥錨桿以及管縫式錨桿都在我國錨桿支護歷史上發揮了重要的作用。隨著煤礦開采及巷道的不斷發展，上述錨桿都已經無法滿足煤礦巷道的支護要求，在這種背景下，錨桿支護又迎來了一個新的發展階段，多錨桿支護、二次支護技術成為了煤礦發展背景下的煤礦巷道支護的主體內容[2]。

2 煤礦巷道錨桿支護技術

2.1 巷道圍巖地質力學測試技術

（1）地應力測量

為了保證巷道支護的有效性，在進行支護之前必須要進行地應力的測量工作。目前我國主要利用應力解除法來對礦井下的原巖應力和次生應力進行測量，除此之外還需要利用小孔徑水壓致裂地應力測量儀器來進行測量。該儀器是由我國煤炭科學研究總院開采設計研究分院所研發出來的，目前其已經投入到了我國20多個礦區的300多個測站進行工作[3]。

（2）煤巖體強度

煤巖體強度的測試，主要是利用鉆孔觸探法來完成的，該方法的有效使用能夠實現對井下煤巖體強度位置的測定，并通過鉆孔來準確地測量出地下煤巖體的抗壓強度。

（3）結構測量

煤巖體的結構測量方面則是利用電子鉆孔窺探儀來完成的。該儀器能夠快速、清晰的將煤巖體中的節理、層理以及裂隙等結構信息反饋出來，從而實現對煤巖體結構的數據測量，為巷道的布置與支護設計提供全面而有效的資料。

2.2 錨桿支護設計方法

隨著煤礦開采難度的逐漸加大，煤礦的錨桿支護難度也在提升，在這種背景下必須要保證錨桿支護設計的科學性，因此在錨桿支護設計階段必須要做好各方面工作。例如支護各部件的選擇科學性，各部件之間搭配的合理性，錨桿與錨索支護構件之間的匹配性等內容，都是錨桿支護設計過程中所要注意的重要問題。另外，由于各礦區的實際地質情況都不盡相同，因此在錨桿支護設計過程中，設計人員必須要做好各方環境及其因素的調研與考察工作，在充分掌握各方因素及條件的基礎上，來進行錨桿支護的有效設計，使其能夠在完成支護任務的基礎上，為礦區巖體的整體結構性能提供及安全施工提供保證[4]。

2.3 錨桿支護材料

通過上文的分析能夠看到，錨桿支護材料經歷了從低強度到高強度到高預應力再到強力支護的發展過程。在煤礦巷道的基本支護設計當中Q235圓鋼粘結式錨桿是支護錨桿的主要形式。目前，一些地質條件簡單的礦區仍在使用該材質的錨桿支護形式。為了滿足高難度煤礦巷道的支護要求，提升錨固效果，新型的錨桿在形狀和結構上都進行了優化，并開發出了錨桿專用鋼材，從而滿足高強度及超高強度煤礦巷道的支護需求。

2.4 錨桿支護施工質量控制與礦壓監測

錨桿支護施工質量控制與礦壓監測是煤礦巷道支護當中的重要工作內容，其對于煤礦巷道的支護及開采質量有著重要性影響。

為了保證錨桿支護工程的施工質量，我國在施工質量監測方面已經取得了有效的進展。錨桿拉拔計、錨桿預緊力監測器具及聲波錨桿錨固質量監測儀器等設備的研發，為我國錨桿支護工程質量提供了有效的保障，并很大程度上推動了我國錨桿支護工程施工水平的發展[5]。

為了保證煤礦巷道內的礦壓處于一個安全、穩定的狀態，使作業人員的安全能夠得到保障，我國在巷道礦壓監測方面也進行了技術研發，并已經取得了十分可觀的進步。目前我國的礦壓監測設備已經能夠完成對煤礦巷道的表面位移、頂板離層及深部位移情況的監測，除此之外，錨桿支護工程當中錨桿與錨索的受力程度，也能夠得到有效的監測，這對于我國煤礦巷道支護水平的提升做出了重大貢獻。近年來，為了實現對巷道礦壓的實時監控與把握，我國已經開展了礦壓實時在線綜合監測系統的研發，目前該監測系統的研發已經取得了實質性進展，在不久的將來其必然能夠為我國煤礦巷道礦壓的監測工作做出重大貢獻。

2.5 錨固與注漿聯合加固技術

我國土地廣袤，地質復雜。在進行煤礦開采過程中，很容易遇到松散破碎的煤巖體，在這種煤巖體當中開掘巷道，難度非常大，同樣如果單純依靠錨桿來進行支護，根本達不到安全施工的基本要求。在這種情況下，錨固與注漿聯合加固技術得以研發。該技術的研發能夠通過注漿來將破碎的煤巖體進行結合，使它們成為一個整體，在此基礎上再進行錨固支護，其效果自然而然就能夠得到提升。

3 軟巖巷道支護實例分析

3.1 工程簡介

平莊礦區紅廟煤礦是我國最具代表性的軟巖礦井之一。該地區的煤層及頂板巖層交接程度差，煤巖體強度較低，且具有易風化、易崩解破碎，遇水膨脹等特性。在這種情況下煤礦的巷道支護十分困難。為了保證煤礦的安全作業，巷道在服務期內不得不多次進行翻修，不僅造成了極大的成本浪費，還影響了煤礦開采進度，更為作業工作帶來了安全隱患[6]。

3.2 生產條件

開采煤層：紅廟煤礦五區5—2s煤層。

煤層客觀條件：5—2s煤層與其上方的5—1s煤層之間間距很小，5—2s煤層頂板與5—1s每層地板之間的最短距離僅有6 m，最長距離也只有9 m，并且5—1s煤層已經完成了回采。

煤層厚度：5—2s煤層的平均厚度為5.99 m，其中含數層夾矸。

煤層傾角：煤層傾角度數為15°～16°。

煤層抗壓強度：煤層單軸抗壓強度僅為4.8 MPa；頂板砂質泥巖強度為15～35 MPa；直接底為砂質泥巖，單軸抗壓強度為23.5 MPa，且具有膨脹性。

3.3 巷道支護設計

根據對該礦區實際情況的了解，采用樹脂全場預應力錨固組合來進行支護。

錨桿：Φ22 mm的左旋無縱筋螺紋鋼，長度為2.4 m。

錨固劑：高干端部采用快速固化錨固劑、后部采用慢速固化錨固劑。

錨桿排距：錨桿基本排距為900 mm，頂板每排7根，間距為850 mm；每排每幫2根錨桿，間距為600 mm，錨桿預緊力距為400 N·m。

錨索：?22 mm。

鋼絞線：型號為1×19，長度為4.3 m，樹脂端部進行錨固。

具體操作：每1.8 m需要打3根錨索，錨索間距為1.28 m，錨索預緊力為200～250 kN。

3.4 數據分析及支護措施

完成支護后，其井下數據如下：

①表面位移在掘進工作面53 m之后逐漸趨于穩定；

②兩幫移近量為79 mm，其中上幫移近量為46 mm，下幫移近量為33 mm；

③頂板、底板移近量為281 mm，其中頂板下沉量為43 mm，頂板膨脹量為238 mm，底板膨脹量占巷道頂底移近量的84.7%，地板膨脹的主要原因是地板沒有進行有效支護；

④頂板總離層值為37 mm，其中淺部離層為14 mm，深部離層為23 mm。

除此之外，當巷道推進距工作面19 m時，錨桿的受力程度逐漸增大，在距工作面119 m后受力逐步穩定。在受力穩定后，全長預應力錨固錨桿受力變化幅度較小，其中絕大部分錨桿的受力變化幅度在5 kN以內，最大為8～9 kN。當錨索安裝并進行張拉后，其受力變化也不大，其基本保持穩定狀態。

雖然巷道仍出現了一定程度上的變形，但該礦井的支護效果已經基本保證了巷道圍巖的完整性和穩定性，并且沒有讓圍巖出現較大的變形，完全符合了煤礦開采的安全生產需求[7]。

4 總結

綜上所述，煤礦巷道錨桿支護技術是現階段煤礦巷道支護的主要技術之一，其無論是對于我國煤礦巷道的支護質量而言，還是我國煤礦巷道支護技術發展而言，都有著重要意義。不同地區煤礦巷道的巖土性質都存在著差異性，錨桿支護技術能夠通過自身作用的發揮，有效克服不同巖土性質所帶來的不利影響因素，在完成支護任務的基礎上，更為有效地提升煤礦開采安全性，為各礦井的安全生產提供保障。隨著煤礦資源的日益減少，煤礦開采的難度也越來越大，因此錨桿支護技術必須要不斷發展，才能夠逐漸滿足高難度煤礦資源開采的實際需求，為煤礦開采的安全性與質量性提供保障。

［1］包海玲.地下傾斜巷道變形場數值分析及支護優化［D］.合肥：合肥工業大學，2012.

［2］黃曉炎.道清礦大傾角回采巷道錨桿支護設計及應用［D］.阜新：遼寧工程技術大學，2012.

［3］張志野.三家子煤礦巷道錨桿支護應力、位移數值模擬分析［D］.阜新：遼寧工程技術大學，2012.

［4］馬鑫民，楊仁樹，張京泉，等.煤礦巷道錨桿支護智能繪圖系統開發與應用［J］.中國礦業，2010（11）：77-80.

［5］康紅普，王金華，林健.煤礦巷道支護技術的研究與應用［J］.煤炭學報，2010（11）：1809-1814.

［6］張朋.綜采礦壓顯現規律與巷道支護效果數值模擬研究［D］.包頭：內蒙古科技大學，2011.

［7］竇銳.錨桿預應力在煤礦巷道中的支護效應研究［D］.西安：西安科技大學，2012.

Coal Mine Roadway Bolting Applications

SUN Shan-yun
（Shanxi Joan Heng Engineering Supervision Co.，Ltd.，Taiyuan030001，China）

Coal mine roadway support is an important construction technology to ensure roadway safety and to promote the coal mine production safety.With the development of science and technology，mine roadway support technology has also been significantly improved.The paper combined with practical work experience，took coal roadway bolting as an example，and discussed the engineering of mine roadway support.In order to enhance coal mine tunnel bolting application.

coal project；roadway；bolting

TD353+.6

A

1009－9492(2014)08－0139－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.039

孫善云，男，1981年生，安徽黃口人，大學本科，助理工程師。研究領域：采礦工程。 (編輯：王智圣)

2014－04－11