【煤巷锚杆支护及施工管理技术浅析】锚杆支护

　　摘要：简要分析了煤巷锚杆支护的应用情况及发展水平, 分析了煤巷锚杆支护设计的一般原则, 对锚杆支护的施工进行详细的论述。　　关键词：煤巷支护; 锚杆支护; 施工管理
　　锚杆支护因其具有支护效果好、支护成本低、工人劳动强度低、作业环境好、安全可靠等优越性, 目前已被国内外煤矿、隧道、护坡所认可的主要支护手段。一些国家对锚杆支护技术进行了全面的研究, 取得了良好的效果。我国煤巷锚杆支护技术经历了低强度锚杆、高强度锚杆及高预应力、强力锚杆支护的发展阶段。从发展的时段来看, 大致可分:
　　(1)20 世纪 80 年代后期的起步阶段, 此阶段锚杆支护的应用主要集中在少数矿区, 进行了一些基础性和试验性的研究;
　　(2)1991～1995 年的攻关阶段, 此阶段煤巷锚杆支护技术作为国家“八五”期间的重点项目进行攻关, 取得了一大批科研成果, 锚杆支护应用在各大煤矿得到全面的推广, 锚杆支护在煤矿的支护比例逐渐提高;
　　(3)1996～1997 年的引进和消化阶段, 此阶段我国引进、吸收和消化国外技术的基础上, 结合我国具体情况, 集中现场、科研院所及大专院校等多方面的优势, 经过两年大规模研究和试验, 初步形成了适合我国煤矿条件的煤巷锚杆支护成套技术;
　　(4)1998 年至今的推广和提高阶段, 目前国内各大矿区广泛推广应用, 取得了显著的技术经济效益。目前, 有些矿区锚杆支护率已超过 90% , 很多矿区锚杆支护率达到 60% , 使我国煤矿巷道支护技术发展到一个崭新的阶段。
　　一、锚杆支护理论分析
　　随着锚杆支护工程实践的不断丰富, 适用于各种围岩条件下的各种锚杆支护理论相继被提出并逐步得到发展和完善。对锚杆支护作用机理的进一步深化了认识, 认为锚杆的本质作用在于阻止围岩出现张开裂隙和裂纹, 结构面出现离层与滑动, 最大限度地保持围岩的完整性, 避免有害变形出现, 同时高强度、高刚度锚杆组合支护系统得到广泛认可, 不仅重视锚杆强度, 而且强调支护系统的刚度和整体效果, 特别是锚杆预紧力和组合构件的重要性, 使锚杆支护真正实现了主动、及时支护。
　　在支护理论方面, 目前, 国内较成熟的锚杆支护理论主要可归纳为 3 大类:
　　(1)基于锚杆的悬吊作用而提出的悬吊理论、减跨理论等;
　　(2)基于锚杆的挤压、加固作用提出的组合梁理论、组合拱理论以及楔固理论等;
　　(3) 综合锚杆各方面的作用而提出的松动圈支护理论、锚固体强度强化理论、锚注理论、最大水平应力理论以及锚杆桁架支护理论等。
　　近年来煤炭科学研究院的专家们提出的针对复杂困难巷道围岩条件的高预应力、强力锚杆一次支护理论也已在工程实际中应用。这些理论在生产实践中发挥了积极作用, 但由于理论本身的局限性( 比如组合梁只适合于层状顶板锚杆支护的设计; 组合拱理论缺乏对被加固岩体本身力学行为的进一步分析等)和巷道地质条件的复杂性,使得在煤巷锚杆支护设计的实际工程中往往需要采用多种设计方法相结合, 进行相互校核、优势互补。
　　二、锚杆支护设计原则
　　煤巷锚杆支护设计不是简单的通过悬吊、组合梁或组合拱等理论直接计算就能得到合理支护参数的, 必须结合具体实际情况从锚杆- 围岩的相互作用来考虑。本文结合多年工程实践经验总结出如下锚杆支护设计的一般原则:
　　(1)锚杆支护设计应“刚柔并济”。即支护系统既要有足够的承载力, 又要适应围岩一定的变形量。
　　(2)采用锚杆支护动态设计方法。锚杆支护设计是一个动态的、系统的过程, 应充分利用每个过程中反馈的信息, 实时进行分析、修改和维护锚杆支护设计。
　　(3)坚持锚杆必须具有预紧力原则。预紧力是锚杆支护的关键, 只有高预紧力的锚杆支护才是真正的主动支护。提高锚杆预紧力对于增加围岩强度、控制围岩早期的变形和破坏、发挥围岩自身承载能力, 提高锚杆支护效果具有重要意义。
　　(4)加强煤帮锚固原则。煤帮一般比较松软,在动载作用下易于破坏。煤帮好比顶板的两条腿,腿软则不能保持头(顶板)的稳定。
　　(5)对于高应力软岩巷道, 坚持锚注一体化原则。通过锚封一体化和锚注一体化的施工工艺, 对巷道围岩实施外锚内注加固处理, 充分利用锚杆加固与注浆加固的各自优点, 使锚杆、浆液凝结体和围岩之间能够形成一种相互联系与相互作用的关系, 改善围岩自身承载能力, 是一项有效控制高应力破碎软岩巷道的支护加固技术。
　　三、锚杆支护施工技术管理
　　1、爆破要求
　　(1)必须严格制订爆破图表, 确定合理的爆破参数。
　　(2)必须按爆破图表看线、定点、划轮廓线、量尺、定眼位。
　　(3)先按中(腰)线打好第一个正顶眼, 然后插木棍导向, 保证打眼质量符合爆破图表要求。
　　(4) 周边眼装药采用孔口封泥、空气柱, 其它炮眼封泥长度符合安全规程规定。
　　(5)实行预留爆破, 放炮后人工刷帮。这样既能剔除最松动的围岩, 又能使巷道壁光滑, 减少应力集中。
　　2、 锚杆安装要求
　　(1) 按照设计要求, 根据中( 腰) 线布置锚杆眼。
　　(2)锚杆眼的方向与岩层主结构不明显时, 可与巷道轮廓线垂直, 眼向偏斜不大于 15°; 层状岩石顶锚杆眼应与岩石层理垂直。
　　(3)锚杆眼的深度应与锚杆长度配套, 打眼时应在钎子上作好标记。要求钻孔深度与锚杆同长或短 50 mm。
　　(4) 安装前, 必须用压风将眼孔内的积水、煤(岩)粉渣清扫干净。
　　(5) 开动风动扳手或锚杆钻机, 在 10～15 s 内用锚杆将树脂药卷顶入孔底, 再搅拌至规定时间为止。
　　(6) 搅拌后, 搅拌器具须立即停止不动, 等锚固剂初凝后方可松下搅拌器具。
　　(7)待锚固剂胶凝后, 方可剪断锚杆尾端螺母销子, 一次上紧螺母。
　　四、监测控制
　　监测监控是锚杆支护技术的重要组成部分,内容包括巷道变形、顶板离层和锚杆受力观测。通过对巷道进行观测, 可以掌握顶板变形和锚杆的工作状态, 从而验证或修改支护设计, 确保巷道支护的安全。包括巷道变形观测，顶板离层观测，锚杆受力监测等。
　　煤巷锚杆支护是一项系统工程, 不仅要认真对巷道工程地质条件进行评价, 运用科学手段对锚杆支护参数的设计与优化, 而且要对支护材料的加工、支护现场施工和支护围岩信息监测进行严格控制和分析, 提高锚杆支护的可靠性, 确保安全高效生产。
　　参考文献：
　　[1] 王金华. 我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J].煤炭学报, 2007, 32(2) : 118
　　[2] 钱鸣高, 石平五. 矿山压力与岩层控制[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2003.