大采高回采巷道帮锚杆支护机理及实测研究

摘 要：大采高工作面顺槽巷道断面较大、受回采影响矿压显现剧烈、巷道维护困难，本文对首先对回采巷道帮 锚杆的受力情况进行了理论分析，得出了帮锚杆失效的机理，然后通过大采高回采巷道煤帮锚杆受力进行了实测分 析，得出了锚杆支护效率的大小，受煤体强度与锚杆强度差值影响，差值越大锚杆支护效率越差，以及巷道两帮在进 行锚杆支护时应充分考虑煤岩体的强度，选用的锚杆强度略大于煤岩体强度最为合适的结论。对软煤层大采高回采 巷道的围岩控制具有一定的指导意义。
煤体膨胀力及锚固力）时，如果锚杆延伸率较大，锚 能承受的最大单轴抗压强度，目前该矿选用的 φ22
杆支护效果较好；如果锚杆延伸率较小，易发生锚 的螺纹钢锚杆强度为 35T，远大于煤体的抗压强度
杆断裂，支护体系失效。因此回采巷道帮锚杆支护 7T，存在较大的支护强度过剩。
建议采用大延伸率的让压锚杆，这样就可以通过锚
失效。因此建议回采巷道两帮支
护采用高延伸率让压锚杆，这样
就可以通过锚杆变形来释放破
碎区膨胀作用力，更好的保护锚
固端的稳定性。
（2）实测研究表明帮锚杆受
力随着工作面的推进，逐渐增
图 2 51 巷 1 号测站 1# 锚杆受力变化曲线
图 3 51 巷 2 号测站 3# 锚杆受力变化曲线 大，锚杆支护效果逐渐显现，当 工作面推进至距锚杆 20- 40m 范
1 帮锚杆支护机理分析 帮锚杆的作用机理是通过将锚杆的一端固定 在弹性区煤体内，一端通过预紧力或托盘，约束塑 性区、松动区煤体变形，防止两帮煤体松动、挤出。 具体来说帮锚杆的作用主要表现在：通过轴向约束 控制锚固范围内煤体鼓出破坏；通过径向约束阻止 松动煤体沿剪切面滑动，阻止煤壁片帮的发生；通 过轴向预紧力，给控制锚固范围内的煤体施加应 力，提高煤体的力学性质。 为更好对锚杆支护机理进行分析建立如图 1 所示的锚杆受力分析模型。图中锚杆 ab 段位于煤柱 塑性区内，主要受煤体受膨胀力 f1 作用，bc 段位于 煤柱弹性区内，受锚杆锚固力 f2 作用，锚杆强度为 σb，对不同情况下锚杆的作用机理进行分析如下： 1） 锚 杆 强 度 大 于 煤 体 膨 胀 力 及 锚 固 力 时 （σb＞f1、f2） a、膨胀力 f1＞锚固力 f2 时：由于锚杆强度大于 煤体膨胀力及锚固力，锚杆几乎不产生变形，在膨 胀力 f1 作用下，锚固体破坏，锚杆整体随煤壁鼓出、 支护体系破坏、失效； b、膨胀力 f1＜锚固力 f2 时：锚固体、锚杆强度
220m，倾角为 8°，盖山厚度平均为 548m。巷道两帮 而导致支护体系破坏。在采用低强度锚杆支护（锚
锚杆受力采用压力枕进行观测，图 2～图 5 为部分 杆强度小于煤体膨胀力及锚固力）时，如果锚杆延
测点锚杆受力随工作面推进变化曲线图。
伸率较大，锚杆支护效果较好；如果锚杆延伸率较
小 ，易 发 生 锚 杆 断 裂 ，支 护 体 系
从图中可以看出：
体强度大于锚杆强度时，锚杆应力峰值表现为锚杆
（1）随着工作面的推进，帮锚杆受力逐渐增大， 强度。因此锚杆支护效率的大小受煤体强度与锚杆
锚杆支护效果逐渐显现，当工作面推进至距锚杆 强度差值的影响，差值越大锚杆支护效率越差。
20- 40m 范围时，部分锚杆应力降为 0MPa，失去支护
效用，随着工作面继续推进，当锚杆位于工作面前后 参考文献：
20m 范围内时锚杆应力不在增加，达到最大值。
2012 年 11 月 第 25 卷 第 4 期
山西煤炭管理干部学院学报 Journal of Shanxi Coal- Mining Administrators College
Nov.，2012 Vol.25 No.4
·煤炭生产与管理·
大采高回采巷道帮锚杆支护机理及实测研究
张绪言 周 林
（山西华润煤业有限公司，山西 太原 030024）
围时，部分锚杆应力降为 0MPa，
失去支护效用，随着工作面继续
推进，当锚杆位于工作面前后
20m 范围内时锚杆应力不在增
加，达到最大值。
（3）锚杆应力峰值大小受煤
体强度及锚杆自身强度影响，当
图 4 51 巷 3 号测站 3# 锚杆受力变化曲线
锚杆强度大于煤体强度时，锚杆 图 5 51 巷 3 号测站 4# 锚杆受力变化曲线 应力峰值表现为煤体强度，当煤
5 结论及建议

杆变形来释放破碎区膨胀作用力，更好的保护锚固
本文通过理论分析及现场实测的方法对对大采
端的稳定性。
回采巷道帮锚杆支护机理进行了研究，得出如下结论：
2 帮锚杆实测研究
（1）通过理论分析可以看出，在采用高强度锚
某煤矿大采高工作面走向长 1758m，倾向长 杆支护时，由于锚杆强度较大易发生锚固端破坏进
通过以上分析可以看出，在采用高强度锚杆支 护时，当锚固力大于膨胀作用力时，锚杆能够很好 的发挥作用；当锚杆锚固力小于膨胀作用力时，由 于锚杆强度较大，锚固端首先破坏，进而导致支护
收稿日期：2012- 10- 23 作者简介：张绪言（1980-），主要从事矿山压力及其控制方向的研究。
22
体系破坏。在采用低强度锚杆支护（锚杆强度小于 锚杆受力受煤体抗压强度影响，最大应力为煤体所
关键词：煤炭生产；软煤层；大采高；回采巷道；锚杆 中图分类号：TD214 文献标识码：A 文章编号：1008- 8881（2012）04- 0022- 02
软煤层大采高工作面，巷道高度大，受工作面 回采影响矿压显现剧烈、巷道变形严重，影响大采 高工作面的高效生产，因此有必要对大采高工作面 顺槽帮锚杆的支护机理进行步研究。
图 1 帮锚杆受力模型
较大，膨胀力较小，锚杆、锚固体均保持稳定，不产 生变形，锚杆支护效果良好；
2） 锚 杆 强 度 小 于 煤 体 膨 胀 力 及 锚 固 力 时 （σb＜f1、f2）
由于锚杆强度小于煤体膨胀力及锚固力时 （σb＜f1、f2），当膨胀力增大时，锚杆下首先发生变 形，保护煤柱弹性区不被破坏，如果锚杆延伸率较 大，随着煤体变形量的增大，膨胀力 f1 逐渐减小，煤 体、锚杆变形逐渐趋于稳定，当 f1＝σb 时，变形停 止，煤柱弹性区范围维持不变；如果锚杆延伸率较 小，锚杆变形增大到一定程度，锚杆断裂，支护体系 失效。