煤巷预应力锚杆支护技术的研究应用

雷新宇

（汾西矿业集团调度指挥部， 山西 介休 032000）

锚杆支护技术的应用是随着煤矿生产过程中，产量和产率的提升背景下所出现的，在这样的背景下，煤矿巷道的断面变得越来越大，这就需要采取更为有效的支护方式。锚杆支护能够有效地提升煤矿矿道的支护效果，而且在成本方面也相对有所降低，更是能够为煤矿工作人员提供更加安全的生产环境，这使得采煤工作能够高效稳定地实现煤矿生产。

1 锚杆支护技术的概述

在针对厚煤层进行开采时，一般而言需要对煤层进行充分地分析，然后沿着煤层的基层开始开采挖掘工作，采煤工作面下的运输巷和回风巷，四周都是被煤体覆盖，这样的巷道被称为全煤巷道，由于全煤巷道周围的岩体都是由松散易破碎的煤块所构成，因此这样的巷道往往会在支护工作中造成较大的困难。如果采用传统的棚体支护很容易产生变形，甚至对工作人员的生命安全产生威胁。即使采取其他的支护方式，利用金属支架的方式，也不能有效地控制四周的煤体发生形变。

锚杆支护是一种全新的支护方式，是在1996 年开始学习和引进国外先进技术的基础上，进行大规模的研究和试验之余，形成了适应我国煤矿生产条件的一项技术。锚杆支护所采用的方式是主动支护的形式，它能够对周围的岩体进行及时的加固，然后对周边的岩体强度进行强化，这样所产生的支护效果要远高于其他的方式。但针对后煤层下的全煤巷道时，采用锚杆支护也有较大的难度。随着日渐成熟的全煤巷道的应用，目前锚杆支护技术已经在我国的巷道内得到了广泛的应用，并为全煤巷道中的应用创造了极为有利的条件[1]。

2 煤矿巷道的结构与锚杆支护技术原理

在我国针对煤矿巷道的研究过程中，要想合理地利用支护手段对巷道进行支护，就必须要对巷道的整体围岩变形进行思考。目前针对在巷道回采过程中所面临的围岩压力产生了一种新的研究理论，这一理论被称为最高水平主应力理论。这一理论指出，在开采过程中，两侧的岩体将会由水平应力向巷道的顶部或底部进行转移，而垂直应力又会向水平的两侧转移，这使得巷道开采时的应力会在水平与垂直应力的中间进行应力集中。最终表现是垂直应力会导致两方的岩层遭到破坏，从而出现坍塌或跌落的现象，而水平应力会对顶部或底部的岩层造成一定的破坏，在支护时容易导致顶板和底板鼓起。

在煤巷开挖的过程中，由于受到应力集中的反应，很容易使煤层的应力作用变得更大，就会导致煤层在开采过程中变得更加松散易破碎。同时由于集中应力的影响，无论是顶部还是水平两侧的岩层都会降低一定的塑造性以及抵抗应力的能力。通过相关的数据模拟以及数据统计可以发现，在对于煤矿进行开采工作时，开采巷道的顶部会形成类似于矩形的松动区，这一破坏和松动区域会使煤层顶部有很大的下沉量。但是即便受到集中压力的巷道两帮，虽然在塑性区方面的深度影响较大，但是并未产生松动或破坏的现象，相对位移量也远未达到顶部的松动量。

目前应用到煤巷开采中的锚杆支护理论，有悬吊理论、组合梁理论和加固成型拱理论。相关研究表明，仅应用普通的锚杆支护来对周边的围岩进行加固，很难提高围岩的最大承载能力，但是如果加入预应力锚杆则会由于其预应力大于其他的锚杆应用。这使得即便围岩在产生塑性破坏后，依然能够有效地利用围岩的残余强度来提升承载力，避免巷道由于承载力较低而受到可塑性破坏。利用螺纹钢锚杆来使锚杆在固定区域范围内的岩体能够形成组合性质的支护体，这样的锚杆支护能够有效地提升自己的约束力和抗剪能力。这将使得塑性破坏后的煤体还具备很强的承载能力，即便围岩发生变形也能够提高整个巷道的煤体承载，便能够有效防止顶部煤体由于松动而出现脱落的现象。在针对全煤巷道进行支护时，其最为关键和困难的地方是针对顶部的支护和治理，如果顶部的煤层能够稳定地持续时，整个巷道的结构也会长期保持稳定。锚杆支护在整个结构中所起到的作用便是利用锚固的长度来实现对周围岩体的轴向和横向约束，这样便能够阻止由于煤块之间的变形运动而导致整个结构发生错位变形，利用锚固结构之间的整体性，来提高顶部煤体的抗变形能力和承载能力。

在针对某些特殊的开采巷道时，例如巷道的顶板为层状的煤体或是松散的煤体时，需要采取联合支护的方式。利用金属网的方式将锚杆进行连接，能够有效地提到支护结构的整体架构能力，对顶部煤层的加固作用显著提高。另外前文提到，在全煤巷道的顶板，容易出现由于顶煤与加固结构的离层而导致煤层下沉。这样的锚杆顶部将不能有效地承载顶板压力，此时要利用锚索来对顶部进行加固，锚索的深度逐渐提升能够有效地提高锚杆结构的整体承载能力。这样便能够避免顶部煤层由于与顶板之间产生空隙，而导致冒落现象的发生。

3 锚杆支护技术的应用

3.1 使用范围

锚杆支护并非应用在一切的巷道开采工作中，而是要结合具体的地质结构以及巷道类型来选择适当的支护方式锚杆支护通常适用于准备巷道、回采工作面的顺槽和开切眼、综合开采工作面的收尾工作或者巷道的交叉点。在锚杆支护的应用过程中，我国针对这一支护技术的研究从起步开始所采取的应用策略是由易到难。在针对锚杆支护技术的研究过程中，先从顶板开始研究，最后到整个巷道的选点试验，目前已经达到了较大范围的技术推广。在这一过程中，需要对施工技术人员加以培训锚杆支护技术的应用，通过对这些数据的分析以及锚杆支护的适应性来进行不断总结和提升，这样便能够使锚杆支护技术在不断试验的过程中实现大范围的应用。目前锚杆支护技术已由最为普通的巷道开展，发展到综合开采巷道以及工作面的应用中，对于开切眼、尾巷收尾和开采工作都有着较大作用的应用[2]。

3.2 锚杆支护结构简介

由于锚杆支护结构，目前在实际应用的过程中已经面临不同的复杂地质结构以及煤层的特殊情况要进行综合的分析以及具体的应用。因此在实际使用的过程中，所采取的结构形式有单体锚杆支护、锚网支护、锚带锚网锚索组合的支护方式。具体的选择与应用要考虑到实际的地质结构和开采环境，尽可能地提高支护结构的稳定性和承载能力。

3.3 锚杆支护的影响因素

锚杆支护结构的选择以及应用有着诸多影响元素其中包括巷道埋深、节理裂隙间距和分层厚度、煤层厚度、直接顶厚度、煤柱厚度，这些因素都影响着锚杆支护的形式以及具体应用时的一系列参数。巷道埋深要考虑到对锚杆的密度直径和长度的选择，巷道埋深逐渐增加，就应当增加锚杆的密度直径和长度，这样才能使得锚杆的承载力满足巷道的实际需求。节里裂隙间距和分层厚度的减少将会降低支护结构顶板的稳定性，这样就需要将锚杆的数量和分布范围进行编排，增加数量减小锚杆间的距离，甚至有时会采取组合锚杆和金属网的方式进行支护。锚杆的密度和长度也应当随着煤层的厚度不断增加，以提高支护结构的稳定性。而直接顶厚度的增加，则需要反之减少锚杆的数量，增大锚杆间的距离。煤柱的宽度对锚杆的支护形式和数量有着极大的影响，当煤柱的宽度减少到具体标准时，应当增加对顶板锚杆的根数和长度，这样便能够有效提高锚杆支护结构的稳定性。除此之外，在具体的锚杆支护形式以及结构的选择和确定过程中，要通过多项理论的计算和分析，以及实际的模拟测试后进行具体数据的确定，通过多次试验来保证锚杆支护，能够满足最终煤矿开采的实际需求。

4 结语

煤巷支护工作对于煤矿的生产而言有着极为重要的意义，它能够为生产工作提供良好的环境，传统的支护方式是利用棚式支护来完成巷道的支护。但是随着科技和时代的不断发展，这一支护方式明显无法适应生产需求，很容易为生产和相关工作人员带来威胁。在这样的情况下，锚杆支护技术成为了目前生产过程中的关键技术之一。为此本文将探讨锚杆支护技术的相关要点以及具体运用，为我国的煤矿生产发展提供帮助。