基于锚杆锚索联合支护的巷道围岩稳定性研究

基于锚杆锚索联合支护的巷道围岩稳定性研究

撒李斌

贵州松河煤业发展有限责任公司贵州省六盘水市553526

摘要：随着国民经济的不断增长，煤矿生产安全问题也频繁发生，严重制约了煤矿企业和谐稳定地持续发展。巷道支护对整个生产系统构成和安全及其重要，就巷道支护中采用锚杆、锚索联合支护作用原理进行了介绍，分析了联合支护应用中存在的问题并进行应用研究与改进实践，总结了联合支护在提高巷道支护效果、降低支护成本、保证安全等方面的重要作用。

关键词：锚杆锚索；联合支护；巷道围岩；稳定性

引言

我国的煤炭资源开采主要以井工开采方式为主，随着煤矿开采深度的增加，回采巷道的断面不断加大，并且受到的高地应力、强开采扰动等的影响更加严重。回采巷道围岩的稳定性直接关系到回采工作面的安全开采，因此在节理、裂隙等复杂构造发育和松散破碎的煤层赋存地质中进行回采巷道布置时，回采巷道围岩的稳定性支护问题显得尤为重要。锚杆锚索联合支护作为一种主动支护形式，不同于传统的架棚支护及单一支护方式，不仅对煤层地质条件的适应性强，而且能够显著提高巷道围岩的承载能力，有效保证回采巷道的稳定性，是目前应用较为有效的支护方式。

1锚杆锚索联合技术的支护原理和作用

1.1锚杆锚索联合支护原理

巷道支护技术人员要想最大程度发挥出锚杆锚索联合支护技术在巷道中的作用，就必须充分掌握该项支护技术的工作原理。锚杆锚索联合支护原理主要包括了以下两点内容。

1.1.1锚杆-锚索联合支护的加固原理

支护技术人员通过将高质量的锚杆和锚索同时设置在巷道围岩中，能够联合发挥出它们的加固作用。锚索自身的优势工程延伸量小，这样一来就能够促使巷道围岩在其变形范围内产生的松动破坏区减小。巷道支护技术人员通过将锚杆和锚索有效结合在一起，能够最大化提高锚固支护体的承载能力，确保支护体的稳固性，从而使巷道围岩始终处于较为安全稳定的状态。

1.1.2锚杆-锚索联合支护的互补原理

煤矿掘进人员在初期开挖巷道时，巷道围岩的整体破坏力偏小，基于锚杆的加固作用，锚固支护体本身具有的高承载力，能够保障围岩在一定程度的变形范围内始终处于稳定状态。然而，当煤矿巷道的掘进深度不断增大，围岩承受压力会逐渐增大，从而导致变形量范围不断变大，锚固支护体自稳性也开始下降。此时，就必须结合锚索的悬吊作用，维持它和巷道围岩的稳固性。

1.2作用

在巷道支护工作中，通过对锚杆锚索进行合理设置，能够起到稳固巷道顶板下分层岩体的作用，让其和顶板上分层形成一个整体，使巷道顶部安全稳固性得到保障；对于巷道顶部的岩层，可以利用锚索进入位置较深处，可以进一步的增加锚杆支护能力，并且能够预紧加固巷道顶板深部岩层，在稳定岩层中悬吊超过松动范围的岩层；利用顶网以及钢带的作用，可以将巷道顶部纵向、横向锚杆与锚索有效结合，形成一个完整科学的支护结构。当有力影响巷道顶板岩层并使其产生变形时，顶网和钢带也可以发挥支护作用；技术人员将带有大托盘的锚杆支护设置在巷道两侧，能够对两侧围岩进行预紧，使巷道围岩体抵抗外界因素的能力得到提高，从而有效降低巷道岩体带来的破坏能力。

2联合支护现状分析

（1）目前的巷道支护设计，多采用实践经验法和工程类比法，在支护形式确定和参数选择方面不尽科学合理。有的可能采用全锚索形式，支护强度太高。一是即使承受两次动压也能满足需要，甚至出现采煤工作面推进后两巷落山不能随采随落、造成悬顶，影响安全生产；二是浪费了材料，造成支护成本增加。有的在松软、软弱等特殊地质条件下支护强度也可能不足，发生锚杆脱落、锚索内断、网片撕裂、顶板下沉甚至冒顶等安全事故。有的只重视对顶板的支护而忽视了对巷帮和底板的控制，出现围岩应力传导、宣泄，造成巷道底鼓、片帮，影响正常使用。

（2）支护材料质量达不到要求，如锚杆杆体材质、强度、延伸率，加工的螺纹质量、树脂药卷质量等都直接影响支护质量。

（3）使用的锚杆拉力计、扭矩扳手和锚索预紧泵等监测、检查仪器不能满足施工需要，压力表损坏、刻度指示偏差、工具和构件不匹配等，不能完全达到联合支护效果和实现准确监测目的。

（4）施工人员对锚杆支护理论的系统认识不够，对锚杆的安装操作质量管理不到位，机具扭矩小、搅拌不充分等使施工达不到设计要求，常见的巷道凹凸不平，锚杆、锚索托板不紧贴岩面，造成锚杆、锚索没有预应力而使支护失效。

（5）联合支护中锚杆预应力普遍偏低，锚索预紧力损失较大，主动支护的作用未能充分发挥。

3确定锚杆锚索联合支护材料技术参数

3.1对锚杆材质、直径大小以及数量的确定

支护技术人员在选择采用何种材质锚杆时，要综合考虑到企业实际发展情况和技术水平，并在自身长期工作经验下，科学选择Φ20mm的等强锚杆，锚杆数量根据工程规模大小确定。

3.2确定锚固方式

对市场上得到广泛应用的锚固技术进行分析比较，可以将树脂加长的锚固方式作为优先选择，从而使锚固力得到有效加强。

3.3锚索材质、型号以及数量的确定

根据市场上已经存在的锚索型号以及施工工艺水平进行选型，确保其长度能够深入到顶板深处稳定岩层中去。

3.4确定金属顶网

将菱形的编织金属网作为金属顶网首选对象，对其进行科学设计，形成全网支护形式。

4联合支护改进研究

（1）施加较大预紧力。联合支护产生的附加应力场应力值越大，形成的压应力区范围就越广，锚杆、锚索的主动支护作用越能得到充分发挥。比较合理的预应力取值范围应达到杆体屈服强度的30～50％，一般为锚杆扭力矩400N·m，锚索预紧力300kN。

（2）合理选取支护材料。通常选择18～22mm、L＝1．6～2．6m的圆钢或无纵筋螺纹钢锚杆。高预应力的短锚索支护效果比低预应力的长锚索支护效果好，一般选择直径为17．8～21．6mm、长度在4．5～7m的高强度低松弛预应力钢绞线比较合理。

锚杆、锚索形成的有效压应力区无论在尾部还是中部，无钢带时是彼此独立的，有钢带时形成了连续的有效压应力带，扩大了预应力范围，提高了围岩支护作用，使联合支护系统的整体支护效果明显改善。因此，设计时要布置钢带，并辅以金属网形成护表结构。W钢带（钢筋钢带）和铸钢托板以及金属网（钢筋网片）具有较强的适应性，可灵活使用。

（3）科学确定支护参数。随着锚杆间距缩小，单根锚杆形成的锥形压应力区逐渐靠近、相互叠加，形成整体支护结构。正常情况下布置4～6根为宜，锚杆、锚索可间隔布置和长短配合布置。在近水平煤层巷道中，顶板角锚杆最好垂直顶板布置。若考虑施工需要一定的角度，最大角度不应超过10°。

（4）高质量的施工。施工时，必须严格按照支护设计进行，对杆体的安装质量、锚固剂的密实度等要严格把控。

结语

综上所述，针对大断面巷道支护工作，可以采用锚杆锚索联合支护技术，使煤矿巷道支护的稳固性和可靠性得到有效保证。煤矿企业也应当对支护工作加强监管，要求施工人员严格按照相关规范和标准进行操作，选用高质量的锚杆、锚索，从而给煤矿井下开采作业带来安全保障。

参考文献

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［2］卢俊平.锚杆与锚索联合支护在大断面巷道中的应用［J］.图书情报导刊，2007（4）：285-287.

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