矿井巷道回采中锚杆支护技术研究

安伟军

（晋能控股煤业集团四台矿， 山西 大同 037003）

引言

锚杆通过地层的锚固力来维护巷道围岩的稳定，因此，锚杆支护具有支护造价低、支护效果好且对围岩扰动小等优点[1]，因而，相对应的锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论、加固拱理论、松动圈理论、最大水平应力理论以及围岩强度强化理论等。

锚杆作为煤矿常用的支护技术手段，为充分发挥好锚杆的支护效果，通常在进行巷道支护前，锚杆设计要遵循以下几个原则：一是要求巷道一次支护成巷，一次成巷支护不仅能很好地维护围岩的稳定性，还可实现煤矿生产的安全高效；二是要求做到“三高一低”原则，保证采用的锚杆强度高、刚度高及可靠性高，且支护密度低，不仅可降低单位面积的锚杆支护数量，还可以提高煤炭的开采掘进速度[2]；三是要求锚杆支护体系设计的强度、刚度要比临界值大；四是要求锚杆与配件相互匹配的设计理念，如配套锚杆的螺母、托板以及钢带要与力学性能相互耦合，能够将锚杆支护体系的联合支护作用发挥出来；五是要便于取材，设计的锚杆支护方案在实践中要具有可操作性；六是要保证锚杆支护设计的经济合理，巷道支护成本低[3]。因此，为验证所采用的锚杆支护效果，本文主要分析当安设锚杆支护后，监测巷道围岩的变形情况，进而确定锚杆支护方案的可行性。

1 巷道锚杆支护作用机理的分析

目前，锚杆已在煤矿支护中占主导作用，当巷道安装锚杆后，锚杆会同时受到轴向和径向锚固力作用，锚杆会对其斜交的裂隙或层面进行错动控制，因此，当锚杆与剪切面成锐角夹角时，随剪切错动，杆体被拉伸，此时，锚杆支护效果最佳；若锚杆与剪切面成钝角夹角时，即向反方向倾斜时，随发生剪切错动，锚杆被压缩，此时，锚杆支护效果变差。通过研究表明，锚杆是借助对沿巷道围岩破裂面等软弱面的剪切错动产生的阻力来实现锚杆对巷道顶板的支护作用。当锚杆轴向约束以及剪切错动面上原有的正压力都很大时，锚杆抑制剪切错动作用不明显，反之正压力很低时，锚杆的约束作用就比较显著。

2 巷道回采中锚杆支护方案的设计

本文以某矿为对象，设计锚杆支护方案如下：对于顶部锚杆，采用规格是Φ20 mm×3100 mm 的左旋高强度螺纹钢锚杆，间排距是900 mm、900 mm，每排设置7 根锚杆，并垂直安设于顶板，此外，顶板还选用M2370、K2360 的树脂药卷对其进行加长锚固，钻孔直径规格是30 mm，并加以规格是5000 mm、2804 mm 的W 钢带进行护顶。对于帮部锚杆，采用规格是2500 mm 的左旋高强度螺纹钢锚杆，间排距是900 mm、800 mm，两侧帮部分别各设置4 根锚杆，同样垂直于煤帮铺设，此外，两侧帮部也同样选用Z2360 和K2360 的树脂药卷对其进行加长锚固，钻孔直径同于顶板，选取规格是450 mm×2805 mm 的W 钢带进行护帮。

当确定锚杆支护方案后，为获得具体的锚杆支护效果，本文对支护后的巷道效果进行现场测验，同时，结合巷道实际，对巷道进行监测布置，沿开采作业面前进方向设置三个监测断面，具体是：巷道围岩表面位移和帮部深部位移沿掘进方向-15 m、60 m 和120 m分别设置1 号、2 号和3 号监测断面，便于分析巷道表面及深部位移的变化情况，

3 对巷道围岩表面位移监测结果与分析

从锚杆支护结束后开始起算，分别对1 号、2 号和3 号三个断面连续监测45 d，得到下页图1 所示的两侧帮部表面位移变化情况。

从下页图1 可以看出，随着监测天数的增加，巷道两侧帮部的移近量逐渐增大，随后又逐渐趋于平缓，且最大位移值为80 mm。

图1 巷道两侧帮部表面位移随监测天数的变化曲线

同样，对1 号、2 号和3 号三个断面连续监测45 d，得到下页图2 所示的顶底板表面位移变化情况。

图2 巷道顶底板表面位移随监测天数的变化曲线

从下页图2 可看出，随着监测天数的增加，巷道顶底板位移呈现出相同的变化曲线，且最大位移值是70 mm，对比图1 帮部最大位移相差10 mm。此外，对比图1 和图2 还可知，对于1 号断面，第1 天就出现了相对位移量；对于2 号断面，第10 天产生相对位移量；对于3 号断面，第16 天产生相对位移量，且每个断面产生位移量峰值及产生位移量峰值的时间也都不同。

同理，从锚杆支护结束后开始算起，分别对1 号断面连续监测45 d，得到图3 所示的两侧帮部深部位移变化情况。

图3 1 号断面深部位移随监测天数的变化曲线

从图3 可以看出，随着监测天数的增加，1 号断面巷道两侧帮部位移先增大，随后逐渐趋于平缓，且不同的监测深度，对应的位移最大值也不同。

采用同样的监测手段分析2 号断面位移变化情况，得到图4 所示的变化曲线。从图4 可以看出，随着监测天数的增加，巷道帮部位移呈现与1 号断面相同的变化规律。

图4 2 号断面深部位移随监测天数的变化曲线

对比图3 和图4 可知，2 号断面帮部位移量随着监测位置的深度越深而增大。当监测深度是1 m 时，1号和2 号断面的平均最大位移量为17 mm；当监测深度是2 m 时，两个断面的平均最大位移值为25 mm；当监测深度是3 m 时，平均最大位移值为32 mm；当监测深度是4 m 时，平均最大位移值为35 mm；当监测深度是5 m 时，平均最大位移值为40 mm。上述结果表明，在该锚杆方案支护下，帮部的位移量较小，锚杆支护效果好。

4 结论

1）随着监测天数的增加，巷道围岩表面位移量逐渐增大，随后又逐渐趋于平缓。

2）随着监测天数的增加，巷道两侧帮部深部位移量先增大，随后逐渐趋于平缓。

3）该锚杆支护下两侧帮部位移量较小，说明锚杆支护效果好，该支护方案具有很强的可行性。