锚索支护技术在深井高地压岩巷中的应用

锚索支护技术在深井高地压岩巷中的应用

刘豹

淮河能源控股集团煤业公司谢桥煤矿，安徽淮南 232001

摘要: 为了提高煤矿资源的产量，保证煤矿开采可以安全、有序地开展，则需要对深井高地压等复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术予以持续地研究和创新，最大限度地提高煤矿掘进支护技术在复杂地质条件下的应用，对促进我国煤矿开采行业的发展有着重要的现实意义。锚索作为新型的支护材料成为支护的首选，在煤矿各作业地点被广泛应用，并取得良好的支护效果和经济效益。 

关键词：锚索支护；原理；技术

随着煤矿开采规模的逐渐扩大，开采难度也逐渐提升，并且开采难度较小地区的煤矿开采量也越来越少，因此，现阶段煤矿开采工作逐渐转移到地质环境更为复杂的深部矿井中，煤矿开采难度进一步提升。随着矿井深度的持续增加，开采地区的地质条件也会更加趋于复杂，并且随着开采工作的不断深入，煤层的地质结构也会遭受不同程度的破坏，从而在一定程度上会改变煤层顶板的岩性特性，使围岩应力增加，导致围岩会有较大概率出现断裂，从而增加了支护工作的难度，并且也会使安全隐患在煤矿开采阶段出现。锚索支护技术属于一种先进的加固技术，在锚杆支护过程中发挥着巨大优势作用。将锚索支护技术应用到煤矿巷道的作业过程中，可增加巷道的预应力，有助于煤矿安全生产目标的顺利实现。预应力锚索支护技术，具有可与各种支护方式有机结合、操作简单等优点，可较为容易地嵌进稳定岩层中，以大大提高煤矿巷道围岩的坚固性，因此得以普遍应用。

 1 锚索支护原理 
        锚索在支护密度较小时，主要起悬吊作用；当达到一定的密度时，起的作用和锚杆相同，对煤岩体起到挤压加固作用。对于破碎顶板，可视为粘结力很小的松散体，在锚索群、钢带、金属网、锚杆共同作用下，锚固范围内的煤岩体形成具有一定承载能力，并适应围岩变形的锚固平衡拱。锚固平衡拱对巷道顶板起到有效的支撑作用。由于锚索的长度比锚杆大的多，所以其形成的锚固平衡拱比锚杆锚固平衡拱的承载力要大很多，完全能锚固到稳定的岩层中，有效控制巷道顶板离层、跨落。为充分发挥锚索的作用，应根据不同的地质条件选择不同的锚索长度。 

2 锚索支护施工工艺

2.1 一般要求

树脂锚索支护主要是指应用直径15.24mm、17.8mm、18.9mm的小孔径钢绞线通过树脂锚固进行加强支护的技术。原有的理论认为，锚索支护的主要作用是将下部不稳定岩层悬吊在上部稳定岩层中，用悬吊理论进行支护设计。现有锚索支护机理，锚索支护的主要作用是通过锚固段与锚索托板之间的作用对巷道上方不稳定岩层起到挤压加固作用，而悬吊作用仅仅起到次要作用。因此，一般认为没有形成悬吊作用的锚索是最好的锚索。

锚索不能打在钢带上，锚索和锚杆的支护不是一个体系。锚杆是主体支护作用，锚索是加强支护作用。

一般情况下，尤其是地质条件比较差、巷道变形比较大的区域，锚索主要应该起到预防性挤压加固作用，不宜仅仅起到悬吊作用，一旦锚索仅仅起到悬吊作用，悬吊的重量一般都很大，将是很危险的，因此，锚索的施工时间应很好把握。为了弥补锚索低延伸率的弊病，在锚索托板里面可垫一块湿柳木托板。常规情况下顶板越好的情况下，锚索的张拉力相对较小；顶板越差的情况下，锚索的张拉力相对应大些，最好应相应增加托板面积。

安装锚索时，钢绞线应推到孔底，安装后外露钢绞线长度不宜超过300mm。
锚索施工后，应及时对锚索进行检查，锚索预紧力的最低值应不小于设计预紧力的90%。发现工作载荷低于预紧力时应及时进行二次张拉。锚索钻孔中有淋水时，应采用补强措施。

2.2 其它施工要求

锚杆支护作业时，如遇复杂地段，应停止作业、分析原因，采取措施后方可施工；复杂地段应优先选用锚杆、锚索、锚注等支护形式进行支护，并适当加大支护密度，必要时应采用金属支架、支柱等进行加固；对失效、松动等不合格的锚杆、锚索应及时补打或紧固；采用锚杆支护的煤层巷道，应备有一定数量的其它支护材料作防范措施；任何煤巷作业地点，作为永久支护的锚杆、锚索、钢带、金属网等不应作为起吊设备或悬挂其他重物。

2.3 锚杆锚索耦合支护时间

锚杆锚索耦合支护一般指在松散破碎围岩煤、岩巷用锚杆初始支护后的锚索加强支护。由于这两种支护的特殊性，要使锚杆锚索耦合支护达到预期的效果，必须给出恰当的锚杆锚索耦合支护最佳时间。

目前应用的钢绞线为直径15.24mm、17.8mm、18.9mm的标准型，此种钢绞线的延伸率仅为3.5%左右，显然，它不适应较大变形的情况。因此，在掘进工作面过早支护会因巷道围岩的大变形而造成钢绞线被拉断；太迟支护会造成锚杆锚固段与锚索锚固段之间的岩层离合。实践证明，在围岩表面与锚杆锚固段之间岩层急剧变形期内，锚索不宜支护；在围岩表面与锚杆锚固段之间岩层变形由急剧向缓慢变形转化时，是锚索的最佳支护期

锚杆、锚索二次补强的时间和强度

不论应用锚杆钻机或气扳机对锚杆螺母实施的扭矩多大，不论锚索张拉力多大，经过一段时间后，锚杆和锚索托板的锚托力都经过一个急速下降期、快速承载期和缓慢承载期的过程，甚至有的锚杆的锚托力会下降到零，必须适时进行二次补强。

为了防止锚杆、锚索的锚托力在急速下降期带来的被动承载，在煤巷锚杆支护设计时，要求必须给出锚杆螺母的二次紧固、锚索的二次张拉的明确时间和指标。设计时，一方面应考虑到给锚杆、锚索一定的变形、稳定时间，另一方面在不让锚杆、锚索的锚托力下降到最低点且具有一定锚托力的情况下，适时进行锚杆螺母的二次紧固、锚索的二次张拉，以保证锚杆、锚索自安装后自始至终都有适当的锚托力。补强的强度必须高于初期强度。

3 支护形式

一般来讲，煤矿巷道预应力锚索支护的主要形式，有以下几种:①锚杆与预应力锚索结合支护。这种支护形式是目前我国煤矿巷道施工中最常用且普及率最高的一种支护模式，锚索与锚杆有机结合，并最大限度发挥了两者的作用与优势，可实现对煤矿巷道围岩进行明显加固的作用。②全锚索支护。借助全锚索支护方式，可在煤矿巷道的两侧、底板及顶部实施预应力锚索支护加固活动，全面彰显锚索在预应力方面的优势作用还可突出锚索比锚杆更长的特点。

4结束语

预应力锚索支护技术突破了旧支护形式和支护理论，用于井下巷道支护。锚索支护是对锚杆支护的有效补充。与普通锚杆相比，其具有锚杆达不到的特点：锚索长度大，能够锚固在稳定的岩层中，锚索可施加高预紧力，对岩层施压成拱，限制围岩的变形，确保围岩的稳定性。；锚索体积小、重量轻、可弯折，便于运输，减轻工人劳动强度，有利于巷道的快速掘进，确保巷道的安全性，避免大冒顶事故的发生

参考文献:

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