煤礦巷道錨桿支護的應用實例研究

摘要：在煤炭開采過程中，由于開采難度比較大，很容易產生安全事故。為了實現安全施工，需要做好巷道錨桿支護施工技術。文章以實際工程為例，首先分析了巷道錨桿支護的基本原理以及工程的地質情況，然后結合工程的實際情況制定了支護措施，取得了良好的支護效果。

關鍵詞：煤礦開采；煤礦巷道；錨桿支護；巷道工程；巷道安全 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD35 文章編號：1009-2374（2016）27-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.070

隨著科學技術的發展和進步，煤礦開采技術也在不斷提升，作為煤礦開采行業中具有悠久發展史的煤礦巷道支護技術也取得了很大的進展，而煤礦巷道的支護技術中以錨桿支護為最常見的技術。隨著錨桿支護技術在煤礦開采中的廣泛應用，煤礦巷道支護技術發展進入了一個嶄新的階段。錨桿支護技術具有施工便捷及支護效果大大提升的特點，促進了煤礦巷道支護技術的發展，同時提升了煤礦巷道支護工程的質量，大大提高了煤礦開采的安全性。

1 巷道支護技術的歷史進程

隨著科技的進步，新技術不斷應用在煤礦開采上，煤礦巷道支護技術的發展也進入了一個嶄新的階段。煤礦巷道支護技術經歷了最原始的木支護階段、砌碹支護階段，發展到了后來的型鋼支護階段，再到現在的錨桿支護，此期間經歷了漫長的科技進步和技術探索階段。近半個世紀以來，錨桿支護技術的發展經歷了一個漫長的過程，在支護強度上進行了大大的改進，由低強度，到高強度，再到高強度和高預應力，最后發展到強力支護階段。在錨桿支護發展的同時，錨桿的材質也在不斷發展，由最初的機械錨固型錨桿、鋼絲繩砂漿型錨桿，到后來的端部錨固樹脂型錨桿、快硬水泥型錨桿，之后發展為管縫式錨桿。隨著科學技術的不斷發展和進步，煤礦巷道支護中對于錨桿技術的要求也越來越高，由此就出現了二次支護和多錨桿支護技術，且變成現代煤礦巷道支護中的關鍵支護技術。

2 煤礦巷道錨桿支護技術

2.1 煤礦開采錨桿支護設計方案的選擇

隨著現代煤礦開采難度的增加，煤礦行業對于錨桿支護技術的要求越來越嚴格，因此錨桿支護前期的方案設計工作要考慮到整個煤礦開采的各方面，必須保障其錨桿支護設計的合理性、科學性、安全性。錨桿支護的前期方案設計要重點考慮支護部件材料的科學性選擇，錨索與錨桿支護構件之間的契合性及所有支護部件間的合理搭配性。

錨桿支護初期方案設計時應根據煤礦開采地的地質情況，實地調研開采地環境和其他周圍因素，全方位地考慮各種因素和條件，設計出切實有效的錨桿支護方案，在保證錨桿工程高質量完成的基礎上力求保障礦區礦體整體的性能結構和錨桿的安全施工。

2.2 煤礦開采錨桿支護工程的材料選擇

煤礦巷道錨桿支護的材料主要形式是Q235圓鋼粘結式錨桿。截止到現在，很多礦區的錨桿支護依舊采用這種材質的錨桿。為了應對煤礦開采難度的增加，錨桿材料的研發者采取了一系列的試驗，從形狀和結構上提升了錨桿的材質，研發出錨桿支護專有的鋼材材料，大大提升了錨固效果，改善了煤礦巷道支護強度。

2.3 錨桿支護工程中礦壓的監測以及質量的控制

煤礦巷道支護工程中，礦壓的監測工作及工程施工質量控制工作都關系到整個煤礦巷道支護工程的好壞，同時對煤礦的開采有著重要的意義。近些年來，工程施工技術人員不斷從提升工程質量監測手段方面對錨桿支護工程的質量進行了改進。諸多工程監測儀器的研發，如錨桿預緊力監測儀、錨桿拉拔計等，都加快了錨桿支護技術的發展，為錨桿支護工程質量的提高做出了巨大的貢獻。為了更好地推進國內煤礦的開采，國家在煤礦巷道內礦壓的監測上也采取了一系列的措施，改進了技術的發展，確保巷道內的礦壓一直處于穩定、安全的狀態下，大大提升了煤礦開采的安全性。

近年來，隨著科學技術的不斷發展，我國在礦壓監測上取得了良好的成就，已經能夠從煤礦巷道表面位移，到頂板隔離層再到煤礦的深部位移等方面進行礦壓監測工作。此外，還可以對錨桿和錨索的受力程度進行有效的監測工作，大大提升了煤礦巷道支護的質量。

3 錨桿支護應用實例

某礦區為比較典型的軟巖礦井，設計服務年限為20年，煤層和頂底板巖層膠結度差，煤層巖體松散破碎、強度小、遇水后會出現膨脹，增加了巷道的支護難度，維護成本高，并且對開采施工的正常開展造成了比較大的影響。為了解決上述問題，需要結合具體的地質情況制定合理的支護技術。

3.1 煤礦巷道支護的方案選擇

為了解決煤礦開采區地質松軟而導致破碎圍巖巷道支護的問題，某煤炭開采公司與煤炭開采設計研究院共同對于C區4–2S的順槽土質開展了多次勘測實驗工作。

3.1.1 煤礦巷道地質勘測實驗。該煤礦開采是對C區4–2S工作面的4-2#煤層進行開采，其4-1#煤層已經開采完畢。由于地質條件的限制，兩煤層之間的距離很小，調查發現本工作面范圍內4-2#煤層的頂板距離4-1#煤層底板的距離在6～9m之間浮動。4-2#煤層包含數層夾矸，其煤層均厚為5.99m，煤層傾角為15°～16°。煤層呈現層理、節理的發展，其單軸的抗壓強度很小，僅為4.8MPa。

該煤層的頂板和直接地均為砂質泥巖，其強度為15～25MPa；單軸具有膨脹性，其抗壓強度大約為23.5MPa。采用水壓致裂法對180石門處進行過地的應力檢測。檢測結果顯示，其最大的水平主應力方向在N72°E，大小為14.62MPa，垂直主應力為9.68MPa，最小水平主應力是7.35MPa。此外，工程技術人員同時還對C區4-2S工作面的回風巷和運輸巷進行了勘測實驗工作。以回風巷為例，其掘進斷面為10.2m2的半圓拱形墻狀，巷道高1.2m，深350～400m，寬3.8m。

3.1.2 煤礦巷道支護方案的選擇。通過多次數值模擬實驗，結合已有設計經驗，對多個方案進行比較，最終初步確定全程采用樹脂全長預應力錨固組合支護來完成此次煤礦巷道錨桿支護工程。

整個支護工程中，選用長為2.4m、直徑Φ22mm的左旋無縱筋螺紋鋼的錨桿材料，采用樹脂開展錨固工作，使用快速固化錨固劑對端部進行錨固，慢速固化錨固劑對后部進行錨固。使用鋼筋網（頂板）、菱形金屬網（幫）和W型的鋼護板對煤礦巷道的表面開展支護工作，所有的錨桿與巷道表面呈直角狀。錨桿支護過程中，相鄰錨桿的間距為900mm，400N·m的預緊力矩，頂板采用7×850mm的形式，幫采用2×600mm的形式，錨索規格為直徑Φ22mm、1×19的鋼絞線、長4.3m，預緊力在200～250kN之間采用3×1.28m的形式。巷道錨桿支護工程中軟巖回采整體布局如圖1所示：

3.2 煤礦開采巷道錨桿支護井下數據監測

煤礦開采掘進期間，錨桿支護工程中軟巖回采巷道表面的位移變化曲線如圖2所示。當掘進面達到53m后，整個回采巷道的表面位移基本上趨于穩定狀態。由圖2可知，錨桿支護的兩幫移近量是79mm，上下幫分別為46mm和33mm；頂底移近量是281mm，頂板下沉43mm，因底板未支護原因，底臌量偏大，占整個巷道頂底位移量的84.7%，為238mm。此外，整個頂板的總離層值是37mm，其淺部離層和深部離層分別為14mm和23mm。

錨桿安裝后在施加預應力的同時，其整體受力呈現變小趨勢。隨著巷道挖掘工作的開展，當距離掘進工作面19m后，錨桿受力情況逐漸變大，距離掘進工作面119m后錨桿受力情況逐漸變得穩定下來。整個錨桿支護工程施工過程中，錨桿預應力錨固的受力情況基本上趨于穩定，波動量很小，只有少部分錨桿受力在8～9kN之間變化，絕大多數錨桿的受力浮動均在5kN內。錨索安裝以及張拉完成后，整體的受力變化也不是很大。當距離掘進工作面21m后，錨索的受力趨于穩定狀態。整個錨桿支護工程施工過程中，巷道的變形量以及錨桿和錨索的受力變化幅度都很小，圍巖也保持了原有的完

整性。

4 結語

綜上所述，錨桿支護作為當前煤礦巷道支護中常用的一種技術，在保證巷道安全方面具有重要意義，可以有效克服各類巖層對巷道工程造成的影響，保證煤礦開采作業的順利開展，在實際應用的過程中，需要結合礦區的具體情況制定合理的支護措施，以達到開采的基本要求。

參考文獻

[1] 康紅普，王金華，林健.高預應力強力支護系統及其 在深部巷道中的應用[J].煤炭學報，2007，（12）.

[2] 康紅普.煤巷錨桿支護成套技術研究與實踐[J].巖石 力學與工程學報，2005，（21）.

作者簡介：許峰（1985-），男，山東泰安人，天地科技股份有限公司助理工程師，研究方向：煤礦建設。

（責任編輯：秦遜玉）