煤矿巷道锚杆支护布置技术探究

高 山

（山西三元煤业股份有限公司， 山西 长治 046013）

1 煤矿巷道锚杆支护原理及优势

1.1 煤矿巷道锚杆支护原理

煤矿巷道锚杆主要支护围岩部分，以防岩石塌落导致煤矿坍塌问题，且其主要作用于组梁与悬吊上。在悬吊锚杆的过程中，下部分锚杆主要支撑上层岩层重力。一般而言，锚杆应设置于顶板上部1.5～1.8 m左右，以有效减轻支撑压力。安装的组梁可以防止岩块滑落，且危石在锚杆支护基础上会相互挤压，从而形成更为稳定的岩石。对此，锚杆支护形成的承载结构会与深部围岩相连接，在提升预应力稳定性的基础上有效保证煤矿巷道的完整性[1]。同时，锚杆与预应力部分也会共同形成骨架结构，从而更好地为围岩提供支撑力量。

1.2 煤矿巷道锚杆支护优势

首先，锚杆具备良好的支护效果，且其支护原理与围岩控制、岩石力学等理论相符。在安装锚杆后，工作人员可以对内部围岩进行有效加固，在提升其稳固性的基础上提升整体的承载力，从而保证巷道施工的顺利进行。其次，可以节约大量的劳动力，相较传统的架棚式支护方式，锚杆支护可以减少材料的使用数量，且巷道掘进期间也减少了运输材料与人力需求，有效提高了掘进效率。同时，在回采工作面作业时，锚杆支护也可以节省支架的回撤时间，在提升作业安全性的基础上降低了工作强度。除此之外，锚杆支护操作简便可行，可以更好地实现机械化发展。最后，可以降低作业成本，使用锚杆支护技术可以减少材料的投入成本，且锚杆不会占据过多的巷道空间，可以有效缩短巷道截面，并降低维修成本，从而增大企业的经济效益。

2 锚杆支护关键技术

2.1 巷道围岩地质力学测试技术

在锚杆支护过程中，无论进行何种煤矿作业，工作人员均需要完成岩壁与围岩地址的测试工作，在测试强度的同时选择合适的围岩地点。整个测试过程中，工作人员需要反复勘探、测量煤岩层岩体，以有效保证施工的有序性，目前煤矿井下原岩应力测量时最为常用的便是解除应力方法。

2.2 锚杆支护设计方法

设计人员应仔细勘查煤矿开采的地理环境，在结合实际施工现状的基础上确定锚杆支护技术的应用范围，以有效保障巷道的安全性与稳定性。只有确保设计的合理性与科学性，保障巷道主体结构的完整性，才可以真正实现安全施工[2]。同时，施工期间应重视合理选择与科学搭配，而非一味坚持使用好材料。

2.3 锚杆支护材料

锚杆支护材料直接影响着煤矿巷道内部的安全性，对此在使用锚杆支护技术时应有效选择质量上乘的材料。目前煤矿巷道施工期间使用的锚杆材料主要为圆钢粘结式Q235锚杆，此种锚杆经济实惠且具备较高的稳定性，可以满足多数煤矿巷道的环境要求。随着当前煤矿开采难度的不但增加，锚杆材料的研究也获得了深入发展，甚至已经出现了高强度的锚杆材料，且材料性能如表1所示[3]。

表1 新型锚杆支护材料物理性能表

2.4 锚杆支护质量与矿压监测

在监测煤矿巷道矿压时存在多种测量仪器，且其主要被使用于矿井表面实际位移、顶板之间隔离层以及矿井深层次位移量的测量方面。同时，矿压监测仪器还包括测量锚杆及配套锚索受力的一系列仪器。但在测量锚杆施工质量，仪器便比较复杂。其中最常使用的则是锚杆拉拔计，且相关锚杆预紧力的检测仪器也已经开发完整。且监测锚固质量的声波检测仪也同等重要，其通过利用声波技术有效提升了工作效率。除此之外，我国还针对巷道矿压监测工作研发了更为先进的在线监测系统，其可以有效智能化操控矿压监测工作，为矿压的测量提供了更为可信的数据支持。

3 煤矿巷道锚杆支护布置技术的实际应用

3.1 工程地质情况

晋牛煤矿由6个矿以及空白区组成，其采用了斜井开拓的矿井，井田面积约为15 km2，生产能力为0.9 Mt/a，且煤矿盘区的埋深为80～200 m。此煤矿的构造十分复杂，受矿区地质因素的影响，煤矿地势倾斜度为5°～12°，且矿区内存在9条褶曲，2个陷落柱，并未发现岩浆侵入，也未发现断层[4]。

3.2 锚杆支护原则及材料

3.2.1 锚杆支护原则

一是一次支护原则，为了确保煤矿开采的安全性，在支护锚杆时应尽量采用一次支护处理方法，避免因多次支护影响巷道的安全性。在岩壁暴露的第一时间内完成锚杆支护的效果最佳，且多次支护会影响煤矿开采工作的顺利进行，降低生产效率。且在矿井工作环境内进行多次支护也很容易引发安全事故问题。二是高预应力与预应力扩散原则，在锚杆支护过程中，做好与盈利的控制工作十分重要。锚杆支护可分为主动与被动支护，只有充分发挥高预应力的扩散作用才可以确保锚杆支护效果。三是“三高一低”原则，锚杆支护时，材料应满足高刚度、高强度、高可靠性以及低支护密度的原则。技术人员应尽可能减少锚杆数量，真正确保锚杆支护效果，从而保证巷道掘进速度。四是临界支护强度与刚度原则，在实际锚杆支护过程中，为了有效降低施工成本，设计人员往往将锚杆支护的强度与刚度控制在临界值范围内。但煤矿井下作业环境十分复杂，锚杆支护压力很容易超出设计标准，严重影响了锚杆刚度与强度，对此在支护期间，工作人员还应有效控制锚杆支护强度与刚度，以防其超出临界值。工作人员应确保锚杆配件在力学性能方面的匹配性，从而确保整个系统的支护强度。五是经济性原则，支护锚杆时应在确保巷道结构稳定性与安全性的基础上，有效降低支护成本，提升经济效益。

3.2.2 支护材料

一是高强度锚杆，使用主体部分为左旋无纵筋螺纹钢筋；二是树脂锚固剂，且确保其直径为23 mm；三是拱形高强度托板；四是由6.5 mm钢筋焊接而成的钢筋网；五是采用16钢筋焊接而成的钢筋托梁。

3.3 集中回风大巷支护方案

一是进行顶板支护，使用长度为2.4 m的筋螺纹钢筋锚杆。且每排布置6根锚杆，排距保持在1 000 mm。为了保证锚杆支护的便利性，设计时巷帮两根锚杆与垂直方向的角度应小于10°。同时，顶板锚杆利用16钢筋焊接而成的钢筋托梁连接，并全部垂直顶板打设锚索，确保其间距在2 000 mm，排距在1000mm。二是进行巷帮支护，采用长度为2.4m的筋螺纹钢筋，且每排布置4根锚杆，排距与间距均保持在1 000 mm。锚固时采用两种不同固化速度的锚固剂组合形式，且确保锚固钻头直径为30 mm，锚固长度为1 208 mm。同时，还应严格控制高强度螺母、托板以及垫圈等锚杆支护配件的力学性能，确保其与锚杆杆体进行配套。

4 结语

目前，我国煤矿开采深度正不断增加，煤矿开采期间需要承受的压力也越来越大，煤矿巷道施工期间存在的风险越来越大。为了真正保证巷道的安全性，降低风险的发生几率，应有效采用锚杆支护技术，以强化巷道的安全性能。