煤矿中巷道锚杆支护技术的关键因素分析

煤矿中巷道锚杆支护技术的关键因素分析

羊再兴

核工业井巷建设公司

【摘要】锚杆支护技术在煤矿建设项目阶段经常使用，其主要应用在对围岩的加固，从而保障在矿井等施工中的安全。本文对锚杆支护技术的基本的原理进行了分析，并对常见的影响煤炭工程巷道锚杆支护技术的关键因素进行了理论分析，并以某煤矿进行了实际的案例研究。

【关键词】矿建工程；巷道锚杆支护技术；因素探讨

一、锚杆支护技术作用的原理

所谓的锚杆其是指被安置在巷道围岩体内，如杆状锚栓的体系，在煤矿工程中，在对巷道进行掘进之后，为进一步的对围岩加固，需要将锚杆的眼钻到围岩当中，闭关通过锚杆孔对锚杆进行安置，从而让整个巷道保持稳定。因此，从这样的定义下，锚杆支护的作用原理可以包括以下几个方面：

第一，悬吊的作用。通过利用锚杆来悬吊快要冒落的软弱岩层以及围岩，从而使得其中的围岩的重量有锚杆来对其进行承载，以此维持整个巷道工程的安全、稳定。

第二，组合梁的作用。该作用原理是指通过组合梁的方式，看待平顶巷道的层状顶板。其支点通常为巷道的两侧，在一定的负载的作用下，会对每层的板梁进行受力，从而出现弯曲的现象，那么下缘以及上缘的状态就会维持在受压或者受拉。同时在符合的作用之下，通过锚杆对板梁压紧，从而使得其弯曲的强度得到很大的改善，并大幅度的提高。

第三，具有挤压和加固拱的作用。在实践中，通过将锚杆合理的放置到巷道的周围，并有效的将其连接到巷道拱部节理发育的岩体，由此可形成拱形的压缩带。而这种拱形，在压缩方面的承载能力是非常强的，并且还可在一定的程度上承载来自顶板的压力。

第四，减跨的作用。通过对锚杆支护技术的合理的运用，在很大的程度上减少其力拱的高度和跨度；在巷道中安装锚杆，则相当于将支柱安装在了上面。

第五，围岩补强加固作用。在一般的情况下，会有三个不同方向的力作用在巷道的围岩上，而其中的两个方向的力会作用在巷道的岩石上，并且前者通常都会大于后者。这样就无法对其中的受力均衡实行保障，因此，在对锚杆进行安装的时候，必须对其进行合理的受力分析，以此提高其不同方向与围岩作用的受力均衡。

二、煤矿中巷道锚杆支护技术的关键因素分析

通过经验总结，影响锚杆支护技术的关键因素主要包括以下几方面：

第一，巷道围岩自身的强度。在巷道中，对软弱的围岩而言，因为其松软，在锚杆进行支护的时候，可能会发发生位移。同时随着锚杆承载力的加大，围岩的强度也在不断的加大，当这个强度在超过一定的临界值之后，顶板所产生的位移则变得很小，这主要是因为其承力开始被分担。

第二，地应力。所谓的地应力其主要包括矿建工程建设中的地质构造的盈利以及自重的应力。地应力的大小决定着围岩所受到的破坏程度以及其变性程度。因此，地应力成为影响锚杆支护技术施工的关键因素之一。

第三，采动集中压力。在矿建施工中，对回采的工作面所受到的压力来讲，其前后所受到的采动的压力与直接顶或者是老顶的强度有着密切的关系，当老顶的压强越小的时候，临近的巷道所受到的影响也就越小，若其比值大于某值之后，老顶垮落错动将不会对巷道造成太大影响，煤层的超前压力会对巷道的围岩产生较大影响，再加上采动压力的叠加，因而两侧的采空巷道所受影响远远超过一侧的巷道。

第四，端面的尺寸与形状。所谓的端面是指巷道的断面。在矿建中在对巷道进行挖掘的时候，围岩的应力会进行重新的分布，因此，其所受力的大小与巷道的形状有着密切的关系。因此，在施工中，原岩的应力在保持不变的时候，通过对围岩的应力分布进行改变的方式，来维持其顶板工程的完整性。

三、锚杆支护关键因素实例分析

3.1锚杆支护现状

某煤矿的矿井巷道掘进施工为该煤矿建设的重点，而巷道支护问题对矿井的安全起着关键的作用。该煤矿其一号具体的每层分布为倾向北和北西，地层的倾角在1°～4°，该层的岩石的硬度在f=4～6之间，同时井内没有发生过断层或者是岩浆的活动；二号则为井田中唯一可进行开采的煤层，并且其分布比较广泛，特点则呈现出南厚而北薄的趋势。在2号的煤层的顶板可以将其分为基本顶、伪顶以及直接顶。其中伪顶多为泥岩、砂质泥岩等；直接顶则多为细砂岩；老顶为中-细砂粒岩。底板则主要为泥岩，并且其层位比较稳定，硬度也保持在f=4～6。

针对上述工程是实际情况，对巷道锚杆的相关技术则采用以下的标准：

第一，杆体为普通圆钢，并且直径在φ18mm，同时上端则为240mm的扁麻花，下端则为100mm的螺杆，杆体的长度在1.8m；

第二，其中的螺母采用M18的型号，厚度在12mm；

第三，托板的标准则为长×宽×厚=140×140×6mm的热轧钢，并且其压槽的深度在10mm；

第四，锚固剂采用其标准为Zφ35×300mm的树脂锚固剂。

第五，锚固形式为采用端锚长度在480mm；

第六，设计的锚固力的标准在5T及其以上；

第七，其支护的密度则采用800×800mm的棱形的布置。

3.2存在的问题分析

通过上述对巷道土质的描述，并通过实验总结，可得出该锚杆技术要求主要存在以下的问题：

第一，锚杆的不对等，导致对顶板的支护力的设计不能达到其谁家的要求。针对直径为18mm的圆钢，其拉断力一般在10T及其以上，锚固力则在7吨以上，设计的值则在5T。但是，在该技术要求中，其采用的螺母的厚度在12mm，其抗剪力通常都比较小，通过时通过在1.5T～4.5T的压力的测试之下，其母丝全部脱落。托板的强度比较小，通过3.5T的测试，其托板变形，被压平。

第二，锚杆设计无预应力，从而不能对你顶板起到有效的支撑的作用。同时，在顶板发生下沉后，加大了顶板对锚杆所产生的压力；

第三，在工程中采用了Z型锚固剂，该锚固剂其典型的特点是其凝固的时间与CK型号的锚固剂相比要长很多。如CK凝固剂等待的时间为3分钟，而Z型则需要8分钟。而在施工的过程当中，施工人员加快矿井施工的进度，往往等不到8分钟，从而将支护设备进行施工，从而使得其顶有着很大下沉量，给顶带来很大的破坏性。

第四，2号矿井每层的顶板采用的是泥岩的顶板，从而使得其完整性和强度变低。

3.3对锚杆设计的技术改进

针对上述的试验分析，第一，采用变更螺母的方式，将现在的M18型号的螺母换成专用的锚杆螺母，其厚度在24mm；第二增加锚杆托板的强度，将现在的托板的厚度从6mm调整到8mm，以此保证其可承受5T以上的变形力；第三，将现在的Z型号的锚固剂改为CK锚固剂，后者是在施工的过程中做好对凝固时间的掌握；第四，开展顶板离层、下沉观测工作，以便能对变化的顶板及时采取措施进行支护。

四、结束语

锚杆支护的关键因素作为理论的参考，在实践的应用中还必须根据其工程的不同进行具体的分析，以此保证其设计的科学性，更好的发挥锚杆支护在煤矿建设的作用，减少事故发生，提高巷道支护的安全性。

参考文献

[1]康红普，王金华，林健.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力学与工程学报，2010，04：649-664.

[2]康红普，吴拥政，李建波.锚杆支护组合构件的力学性能与支护效果分析[J].煤炭学报，2010，07：1057-1065.

[3]康红普，姜铁明，高富强.预应力锚杆支护参数的设计[J].煤炭学报，2008，07：721-726.

[4]黄阜.隧道围岩塌落机理与锚杆支护结构的上限分析研究[D].中南大学，2012.