煤矿岩巷围岩支护技术研究

煤矿岩巷围岩支护技术研究

张乐

淮河能源集团煤业分公司潘二煤矿  安徽   淮南    232087

摘要：我国煤矿开采方式主要采用井工开采，其中煤巷占井工开采地下巷道的80%以上。随着煤矿开采技术的快速发展，巷道断面的尺寸也有所增加，但随之而来的是煤巷围岩变形增大，围岩控制困难，对巷道围岩支护也提出了更高的要求。

关键词：煤矿；岩巷；围岩支护技术

引言

锚杆支护技术通过围岩自身能力承受压力，使周围岩石的强度增强，并依靠围岩和保护区的共同相互作用，形成完整的整体承载结构，让锚固范围内的围岩能够承受更大压力，进而使围岩的受力参数发生改变，提升围岩复原能力，形成了锚网喷、锚喷、锚网喷索、锚网索及锚网拱架喷等技术，让围岩和支护体形成整体来共同承受地压。锚杆支护主要有悬吊理论、组合拱理论、复合拱理论等[4]，因此，锚杆支护的基本原理有：一是加强提高围岩内聚力，锚杆的锚固强度可提高受损表面抵抗力，再加上锚杆自身的抗剪切力，可联合提高受损表面抗剪切力；二是提高围岩的内膜擦角，锚固范围内的围岩会形成压缩带，可增加围岩的内部摩擦角；三是增强围岩的形变模量，巷道进行锚杆支护后，随着锚杆形变，周围岩石也会变形，且锚杆本身变形量要大于周围岩石变形量。

1锚杆支护理论

传统锚杆支护通常应用到组合梁、加固拱、悬吊等相关装置,在提高稳定性、保证支护效果方面有突出的作用,但也存在局限性。针对复杂度较高的巷道,为了更为合理地开展支护工作,采用到预应力、强力支护理论,其考虑的内容具有全面性,于巷道围岩变形而言,则主要体现在两个方面,一是结构面滑动、新裂缝产生等,即各类形式的不连续变形;二是峰值强度前的塑性变形、锚固变形等,统一将此类形式归为连续变形。具体至巷道施工中,结构面的强度偏低,开挖有扰动作用,此时先显现出不连续变形,而后再出现某些形式的连续变形。作为一套可行性较高的巷道支护方式,其需要具备提高支护系统稳定性的能力,例如保证初期支护的刚度和强度,也需要加强对围岩的控制,以免出现不连续变形,此外,支护系统的延伸率也需满足要求。针对深部以及条件更为复杂的巷道,较为合适的是采取“先刚后柔、先抗后让”的方法,在此前提下,有效保证围岩的稳定性和完整性,避免强度降低、局部破碎的问题。预应力锚杆是巷道支护中的关键装置,其在控制锚固区围岩滑动、抑制裂纹的产生等方面均有突出的作用,通过预应力锚杆的合理设置,使围岩保持受压状态,由此规避围岩拉伸、破坏等各类问题。锚固区内需构成预应力承载结构,要求此类结构有较大的刚度,并有效优化围岩深部的应力分布状态。在整个巷道的支护施工中,锚杆预应力的扩散是关键内容,会直接对支护效果造成显著的影响。因此,在巷道支护设计中,需要保证预应力的有效扩散。若仅设置锚杆,虽然其能够产生预应力作用但相对有限,对此可联合应用到托板、钢带等构件,通过配套设施的作用,扩大预应力的作用范围,使其延伸至更远的围岩中。在煤矿井巷道支护施工中,尤为关键的是巷道表面的支护,即便该部分仅受到较小的支护力,也将有效维持围岩的稳定性。因此,在巷道预应力支护系统中,除了设置合适规格的预应力锚杆外,还需要联合应用锚杆托板、钢带等相关配套构件。预应力锚杆支护系统有临界支护刚度,在实际应用中,若构件提供的支护刚度低于该值,将威胁到围岩的稳定性,虽然短期内无异常状况,但随着时间的延长,将显现出失稳、变形问题。若支护系统有足够的刚度,此时受力条件得到优化,围岩变形现象被有效控制,即便随着时间的延长,巷道也依然可以维持稳定状态。从影响机制的角度来看,支护刚度受多项因素的影响,其中锚杆预应力起到主导作用,根据此关系,需要充分考虑到锚杆临界预应力值。若能够保证锚杆预应力的合理性,将有效控制围岩变形。锚杆支护虽然会对连续变形带来影响,但程度相对微弱,此时对支护系统的要求是其必须有足够的延伸率,在此前提下,可以更为有效地释放围岩的连续变形,以保证围岩形态的合理性。针对深部及复杂度较高的巷道,较为合适的支护方法应当是联合应用高预应力、强力锚杆,提前做好规划,尽量一次支护到位,充分发挥出其在控制围岩变形方面的作用。

2煤矿岩巷围岩监测方案

为及时对巷道围岩内部锚杆受力情况进行了解，并掌握巷道围岩内部锚杆受力变形及变形破坏的规律，为岩巷锚杆支护设计提供理论依据，本文对巷道围岩内锚杆支护进行矿压受力监测，具体监测巷道表面位移、锚杆（锚索）受力。对于巷道表面位移，本文中，巷道底板的围岩强度比较高，作业中未出现底鼓现象，因此，主要对巷道顶板位移量和两帮水平移近量大小进行监测，选择在巷道顶板位置，底板中部偏左20cm的位置沿垂直方向和两帮薄弱处水平方向布置表面位移监测基点，记录巷道顶底板围岩变形量，同时，利用监测基点对围岩横断面距掘进面的距离进行监测，并记录监测时间。对于锚杆（锚索）受力，本文对围岩支护体受力大小及分布情况进行监测，及时对围岩与锚杆的受力稳定性和支护体的安全性进行评定，选择在锚杆锚索多处位置安装锚杆（锚索）应力监测分站压力传感器，全方位对锚杆、锚索受力情况进行监测。

3锚杆支护技术的发展

3.1锚杆支护设计

煤矿巷道是一个复杂的环境，在这个复杂的环境中进行锚杆支护需要采用合适的设计，良好的锚杆支护设计能够发挥锚杆支护的效果。锚杆支护设计利用系统设计方法完成巷道设计，发挥巷道设计的优点。随着计算机技术的发展和各种仿真技术的使用，锚杆支护采用数值模拟方法进行设计，能够针对不同的阶段进行相应的设计，通过信息的收集、分析，对设计过程中不合理的部分进行纠正，及时发现存在的问题，以达到良好的设计效果。同时，对每个过程开展信息收集，分析设计中存在的合理部分与不合理部分，并对分析结果进行信息反馈。

3.2锚杆支护质量检测与矿压监测

锚杆支护质量检测包括锚杆锚固性能检测和安装质量检测，之后对锚杆进行紧固，测定矿压。在对锚杆质量进行检测时，主要针对锚杆的长度、矿压。对于顶板背离，采用多点位移和锚杆测力计对锚杆的受力进行分析和检测。检测系统包括井下部分和井上部分，传感器采集的数据传递到煤矿井上，将采集的信息进行处理，从而获得矿压监测结果，有利于保证巷道安全。

3.3巷道围岩地质力学测试技术

巷道围岩地质力学测试主要针对围岩的强度、应力和结构。对于煤矿来说，需要在巷道不同位置开展应力测量，通过钻孔对巷道进行力学性能测试，开展多个矿区的测量工作。对于煤矿巷道安全生产而言，这些巷道的开采和使用增强了支护能力。采用钻孔测量仪对多个矿区进行测量，能够获得相关的力学数据，对于煤炭研究专家来说，能够积累相应的经验。这种技术对于电网而言属于比较科学的。地质力学数据的测量能够为其他技术的实施提供参考，能够根据力学测试结果和其他内容提高锚杆支护的效果，节约锚杆支护的时间。

结束语

综上所述，锚杆支护具有效果好、操作便捷、经济高效等多重优势,可以将其应用于煤矿井下巷道支护中,但必须遵循因地制宜的原则,合理优化支护技术,以保证锚杆支护效果。

参考文献

[1]张小磊.煤矿深部岩巷围岩稳定和支护技术探究[J].内蒙古煤炭经济,2020(Z1):48-49.

[2]张若祥,煤矿深井破碎围岩支护技术研究与应用.山东省,新汶矿业集团孙村煤矿,2019-12-25.

[3]史鑫.煤矿围岩变形特征与支护技术研究[J].煤炭与化工,2019,39(11):74-76.

[4]王安伟.煤矿深部巷道围岩控制及支护技术研究[J].山东工业技术,2018(10):75.

[5]黄木安.煤矿深部岩巷围岩的稳定与支护技术分析[J].山东工业技术,2018(07):54.