關于煤礦錨桿支護的探究及應用

陳光波 郭海濤

(黑龍江科技大學，黑龍江 哈爾濱 150000)

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關于煤礦錨桿支護的探究及應用

陳光波 郭海濤

(黑龍江科技大學，黑龍江 哈爾濱 150000)

論述了煤礦錨桿支護的現狀和理論，對錨桿受力曲線和圍巖響應曲線進行了分析，探究了錨桿在煤礦中的應用技術，并舉例說明了錨桿支護在變形巷道中的應用成效，指出錨桿支護技術體系的完善和發展，促進了其在煤礦中的推廣應用。

煤礦，巷道，錨桿支護，應用

1 錨桿支護的現狀及理論

我國煤礦以地下開采為主，井下大量巷道的開挖引起原巖應力狀態發生改變，為了滿足礦井的安全生產，必須保持巷道的暢通和穩定。近幾年來，巷道的支護越來越受到關注。

絕大多數礦區煤礦巷道支護已經實現了60%的錨桿支護率，其中個別礦區超出了80%，甚至有的礦區煤巷全部是錨桿支護。我國煤礦經過對錨桿支護體系的不斷完善和發展，邊探索邊前進，已經形成了具有中國特色的煤巷錨桿支護成套技術體系。

傳統的錨桿支護理論主要包括組合梁理論、懸吊理論、組合拱理論和冒落拱理論，它們都有效的指導了煤礦的安全生產，對煤礦未來的發展起到了推動作用。錨桿支護理論的作用機理涵蓋了如下幾方面：

1)就錨桿支護系統本身來講，最重要的內在因素是剛度，特別是錨桿預應力起到了關鍵性的作用。同時，非常高的預應力也就決定了錨桿必須具備非常高的強度。

2)控制錨固區和錨固區附近圍巖裂隙的張開、離層以及在新的裂紋產生時圍巖因為擴容發生的破壞和變形是錨桿支護最重要的作用。

3)錨桿預應力的擴散嚴重影響著錨桿支護的效果。為了合理地把錨桿預應力擴散到離錨桿更遠的圍巖中以提高圍巖穩定性和強度，應該使用特殊輔助構件，如鋼帶、托板與金屬網等。

4)錨桿支護與噴漿支護結合形成聯合支護系統，簡稱錨噴支護。噴射混凝土支護與錨桿支護聯合搭配支護，能夠起到緊固松動的巖塊和防止墜塊的效果，使巷道的承載能力得到明顯提高。

5)錨桿支護與注漿支護結合形成的錨注聯合支護系統。巷道注漿加固支護是支護層次最高的支護，常用于軟巖巷道和圍巖異常破碎的巷道的加固和維修。

2 錨桿受力曲線和錨桿支護圍巖響應曲線分析

經過科學研究得出：錨桿存在以下五種類型的受力曲線，如圖1所示。曲線1是一條平直的直線，隨著時間的推移，錨桿的受力很小且幾乎不變。此類錨桿屬于低預應力錨桿,在支護原理上屬于被動支護，基本達不到理想的支護效果；曲線5隨著時間的推移錨桿的受力逐漸增大，達到一定值后受力減??；此類錨桿屬于高預應力、強力錨桿，分析得出錨固區位移差不大，而且周圍煤巖體擴容變形也在允許的范圍內；曲線2～曲線4位于曲線1和曲線5之中，此類錨桿的預緊力遠遠小于臨界值，控制巷道圍巖離層的作用效果差。

根據圖1的錨桿受力變化曲線，分析了錨桿受力特征，得到錨桿支護圍巖響應曲線，如圖2所示，其中，圖2中的曲線編號與圖1相對應。曲線5是高預應力、強力錨桿支護與圍巖的響應曲線，此類錨桿支護能減少圍巖變形量，使圍巖變形在可控范圍之內，保持了圍巖的穩定性；由曲線2可以看出隨著邊界位移的增大，支護壓力先急劇升高，然后緩慢降低的過程。此類錨桿可以承受的圍巖變形量較小，在曲線的可承受的壓力最高點錨桿破斷，由于破斷的錨桿支護能力非常弱，圍巖基本處于無支護狀態，因此錨桿破斷后，圍巖的變形量急劇增大；由曲線3看出開始時隨著圍巖變形量增加，支護壓力不斷升高，下降到一定值時，支護壓力隨著圍巖變形量的增加而趨于穩定；曲線4可以看出隨著圍巖變形量的增加，錨桿支護壓力明顯不穩定，后期錨桿錨固力降低，支護效果不明顯，此類錨桿不適用于圍巖變形量太大的巷道，有可能導致圍巖失穩。

3 錨桿支護在煤礦中的應用

3.1 修復巷道

錨桿支護可以修復巷道，尤其是處在采動影響區的巷道，支護方式為整體混凝土支架支護時，支架可能受到裂隙破壞。此時，可在支架破壞處使用錨桿支護作為巷道的補充加強支護。在巷道頂板打設錨桿，在錨桿的支護下，順便清理冒落的巖石，再向巷道底板打錨桿，這樣整個巷道就完成了錨桿支護。

3.2 防治巷道底鼓

錨桿加固是防治巷道底鼓強有力的措施。在巷道底板附上與巷道橫交的錨梁，使用錨桿將錨梁緊拉向底板，一般使用的錨桿為金屬錨桿、鋼筋混凝土錨桿和鋼絲繩錨桿等幾種類型。經大量的實踐驗證，在錨桿支護的作用下，巷道底鼓的變形量減少1/3～2/3。

3.3 加固水平間煤柱

錨桿支護是加固水平間煤柱最經濟、合理、有效的支護方式。根據煤層的厚度，水平間的煤柱先采用桁架式支架來支護，然后再使用錨桿支護。此時，超前工作面2.0m左右安裝桁架式支架。

以下是某煤礦資料，根據實際情況，在此煤礦探索研究了高預應力、高韌性、強力支護技術。

巷道狀況：巷道為埋深H=710m左右的工作面回風巷，斷面形狀為下寬上窄的倒梯形，高h=2.5m，寬L=5.0m。煤層狀況：煤厚M=11m，傾角α=20°左右,抗壓強度Rc=820MPa。頂板狀況：直接頂為泥質砂巖與細砂巖。此巷道采用強力錨桿、錨索聯合支護方式。支護參數：錨桿為直徑22mm長度2.14m的樹脂加長錨桿。W鋼帶與金屬網配合護頂。錨桿間排距為800mm，頂板和上幫每排7根，下幫5根。錨桿預緊力達到500N·m。使

用直徑22mm、長度6.13m、張拉力為300kN的錨索。頂板錨索間排距1.8m，每排2根。

巷道經過錨桿錨索支護后：巷道從掘進到穩定的兩幫移近量為115mm，頂底板移近量為30mm，頂板穩定，無離層，起到了非常明顯的支護效果。留巷期間，從工作面前方10m到后方100m內,頂底板移近量增加150mm，巷道呈穩定狀態。在留巷復用期間,雖然歷經二次采動影響,但回采工作面幾乎沒有受到超前支承壓力的影響。對有些地段出現的圍巖變形和巷道底鼓現象，采取了特種支護手段，使巷道圍巖的變形始終保持在允許的范圍內。從開始掘進一直到最后復用的過程中，達到了理想的支護效果，可以完全滿足礦井的安全、高效、經濟的生產要求。

4 結語

經過以上理論分析和實踐應用，得出了以下結論：

1)在煤礦巷道支護技術方面，我們不斷摸索，在曲折中前進，一步步發展和完善了錨桿支護技術。該技術也得到了認可和使用，是合理、有效、經濟的支護方式[4,5]，也是煤礦在保證安全的條件下實現良好的經濟效益必備的關鍵。

2)現在的巷道支護已經不僅僅是單一的錨桿支護技術，它還融合了噴漿、注漿方式形成錨噴、錨注等聯合支護方式。同時，近年來也開發出包括高強度、高剛度支護材料和快速施工機具與工藝在內的錨桿支護技術新體系，也廣泛應用于煤礦巷道的支 護中。

3)復雜多變困難條件的巷道已經成功使用了新型的錨桿支護成套技術，例如深井巷道、泥質軟巖巷道、沿空留巷、沿空掘巷以及受采動影響嚴重的巷道，并且都有效控制了圍巖的變形，達到了理想的支護效果。

[1]巨云峰.錨桿支護原理及其在煤礦中的應用分析.河南科技,2012,3(下)：78.

[2]楊新安,陸士良,葛家良，等.軟巖巷道錨注支護技術及其工程實踐.巖石力學與工程學報,1997(16)：171-177.

[3]康紅普,王金華,高富強.掘進工作面圍巖應力分布特征及其與支護的關系.煤炭學報,2009,34(12):1585-1593.

[4]康紅普,王金華.煤巷錨桿支護理論與成套技術.北京:煤炭工業出版社,2007.

[5]侯朝炯,郭勵生,勾攀峰，等.煤巷錨桿支護.徐州:中國礦業大學出版社,1999.

[6]張路亭.關于煤礦巷道支護技術的研究.產業與科技論壇，2011，8(10)：16.

[7]康紅普,王金華,林 健.煤礦巷道支護技術的研究與應用.煤炭學報,2010(11):1809.

[8]侯朝炯,勾攀峰.巷道錨桿支護圍巖強度強化機理研究.巖石力學與工程學報,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

陳光波(1990- )，男，在讀碩士； 郭海濤(1989- )，男，在讀碩士

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