巷道锚杆支护技术参数的合理选择与设计(孙巧龙)

巷道锚杆支护技术参数的合理选择与设计

孙巧龙

（淮北朔里矿业有限责任公司，安徽淮北235052）

【摘要】本文浅析煤矿巷道锚杆支护高应力巷道影响锚杆支护的因素、煤巷锚杆支护的关键问题和煤巷锚杆支护的合理设计。

【关键词】锚杆支护；合理设计；选择；巷道

1引言

在煤矿巷道的锚杆支护中，由于其对破碎岩体的加固效果好，又优于U型钢被动支护，加上劳动强度低、经济效益显著的特点，因而在煤矿中得到了广泛的应用。煤矿软岩地层分布十分广泛，75%以上的采准巷道还要经受采动的频繁影响，所以在设计服务年限内的大部分巷道围岩变形量都比较大，严重的冒落无法再利用。因此，煤矿巷道锚杆支护技术研究的重点应是有效控制高应力、软岩和采动等大变形量围岩特性，以保障煤矿在安全、经济的良好环境下持续生产。

2高应力巷道影响锚杆支护的因素

2.1巷道断面

巷道锚杆支护过程中，对于深部高应力的地点，在进行断面选择时，必须根据顶底板岩性和巷道服务年限原则考虑选择。①对服务年限较长的开拓、准备巷道，应尽量选用承压效果好的圆弧拱断面。②对回采、顶板完整性较好的巷道，可采用梯形断面；复合顶板或破碎顶板的巷道，应采用承压性效果较好的斜切圆拱形断面。

就斜切圆拱形断面来说，斜切圆弧拱高一般应为巷道宽度的2/5—1/4，上肩窝部高度达到煤层顶板，下帮墙高根据设计要求进行设计。拱高控制可在掘进过程中通过控制中部高度实现。根据众多的实验证明，其断面承压效果要比梯形断面好。但是，岩石掘进工作量大是其缺点，并在一定程度上会影响掘进速度。

2.2锚杆性能

在锚杆的种类选择上，主要考虑锚杆的材质、粗度、延伸性、让压性能和预紧力等参数特性比较选择，其次是考虑锚固剂的选择。随着各种锚杆的不断出

现，也给选择提供了更大的空间范围。但是，它的选择确定，对巷道的支护影响很大。锚杆支护系统选择考虑的主要三个方面如下：

1）锚杆预紧力。对较高的锚杆预紧力，可提供相应的支护应力，并阻碍围岩的变形。高应力巷道应用锚杆支护，施工扭矩为400-600N.m，可提供30-70KN 的预紧力。所以都增大锚杆预紧力，提高支护能力。它主要是通过增大螺母与托盘的接触面积和摩擦因数实现。

2）锚杆让压性能。高应力巷道锚杆支护，成功的关键与足够的高位让压性能具有很大的关系。让压锚杆大体上可分两类：一种是机械式让压锚杆。通过给锚杆增加一定附属装置或改进锚杆的结构实现；一种是通过改进锚杆的材质或杆体形状，提高锚杆的延伸率，以满足围岩应力的释放要求。

3）锚固剂选择。杆体直径22mm左右，甚至25mm的高强锚杆为多，使用传统锚固剂搅拌比较困难，应配用低黏度锚固剂。初期高强让压锚杆的锚固剂应尽量选择两种：一是应选择快速或超快速锚固剂，保证锚杆的初期安装应力的迅速试验；二是应选用中速或慢速锚固剂，保证锚杆的长时锚固力。在保证锚固力的情况下，两种锚固剂的长度应尽量减少，以保证锚固剂与托盘之间自由杆体的长度，适应围岩碎胀变形离层能量对空间的需求。对二次锚杆应选用中速或慢速锚固剂，并尽量进行全长锚固，以保障长时间有较好的锚固力。

3煤巷锚杆支护的关键问题

1）巷道布局。综合考虑护巷煤柱的留设宽度，并尽量避免将巷道布置在采动压力集中区域内。这是在巷道布置上需要考虑的问题。

2）走向布置。在走向上，应沿顶板掘进，并实行光面爆破，以不破坏顶板和少震动巷帮煤体、特别是煤帮为原则。同时，应保证巷道顶板和两帮的平整，防止巷道周边应力集中，以满足巷道自身的稳定性。

3）断面设计。在断面设计上，要确保巷道有足够的掘进断面，并允许巷道有一定的变形量。

4）考虑围岩弱面。对于巷道围岩出现弱面，特别是出现沿煤巷走向方向的弱面时，必须采用特别加固措施，以防止在弱面处发生剪切破坏，从而避免造成事故的发生。

5）考虑巷道特点。应切实根据煤巷的特点、性质，正确、合理的选择支护参数和支护形式。在支护参数选择上，关键是要确定锚杆的合理长度和排间距。锚杆长度应大于煤岩松动圈0.2—0.4m，以适应动压对巷道的影响。对破碎的煤岩，应采用全长锚固锚杆，以对锚杆周围的煤岩有一个较好的固定作用；锚杆的排间距应根据锚固力大小、梁网结构强度、掘进后巷道围岩松散破碎情况和朔性变形大小确定，一般为0.6—0.8m。锚杆要有托护结构，能产生一定的托锚力。没有托锚力的注浆钢丝绳锚杆因不能形成主动支护，所以也不能用于煤巷支护。在支护形式上，一般可采用锚杆、锚网、锚喷、锚网喷等形式进行。

6）考虑煤巷的特殊性。煤巷大多采用平顶型断面，上下帮顶端由于受剪应力影响，所以顶板锚杆不宜全部垂直于顶板方向布置。将靠巷道两帮的顶板锚杆改成向帮有一个倾斜角度的布置，可使锚固端超过两帮非有效承载宽度，从而达到锚固端受到两帮的有效支撑，实现受力分布合理的效果。

4煤巷锚杆支护的设计

4.1锚杆支护设计合理评价

工程类比法和理论分析法是目前煤巷锚杆支护设计合理评价的主要方法，但是有的却不能满足现场生产实际的需要，主要表现在如下：①用于设计的基础参数是巷道周围某几个点（有时只一个点）的综合地质技术资料平均值，这样设计出的锚杆参数为整条巷道服务，就会出现许多问题。其一，会导致巷道绝大部分区域设计的锚杆参数过高，这样不但浪费了大量材料，而且增加了支护成本，也降低了巷道的掘进速度；其二，会使巷道的某些局部地质技术条件变化区域设计的锚杆支护参数不足，从而引发局部冒顶事故。②依据的基础性参数缺乏定量化评价指标，将导致锚杆支护参数设计缺乏科学、合理和确定性。所以近年来出现的锚杆支护动态设计法，虽然已在不少矿区得到实践，但是实际应用效果并不理想。因此，在煤巷锚杆支护设计上，需要使用更可靠的方法进行，以保证设计的可靠性、可行性。

4.2“全线信息跟踪”支护设计

“全线信息跟踪”支护设计，摒弃了其他设计方法的缺点，成为一种全新的设计理念与现代信息技术完美结合的产物。“全线信息跟踪”支护设计的步骤如下：①采用全面分析基础地质技术数据，不采用各项参数的平均值，是按最佳