摘要：伴随煤矿回采深度不断增加，巷道围岩应力情况越发复杂，巷道支护难度也呈现明显增大趋势，特别是对于掘进巷道的支护作业而言，巷道开挖后受工作面采动影响及高地应力影响，使得巷道变形破坏十分突出，时常发生严重的冒顶事故，严重威胁井下作业安全。基于此，本文主要对煤矿快速掘进技术中锚杆支护进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。
关键词：煤矿快速掘进；锚杆支护；分析
引言
提高煤矿掘进巷道支护技术的安全性和高效性，可以提高煤矿的生产率和利用率。所以，改善煤矿掘进支护技术，对提高煤矿生产力有很大帮助。
1、掘进巷道锚杆支护方式
对于煤矿掘进巷道技术，中国多采取锚杆支护的方式，每个巷道的地质构造、煤层特征、水文地质条件、掘进方式不同，选择的巷道锚杆支护组合方式也会不同。预应力锚索及锚杆相结合是煤矿巷道支护中最常使用的方法，依托锚索与锚杆之间的相互配合，能够发挥两者之间的优势，达到良好的加固支护效果。其中，锚索主要功能是作用在巷道顶板和底板上，将锚索及锚杆交叉或并排布置，可以大面积用到全煤巷道，特别是大断面及髙应力的煤矿巷道，能得到最佳的支护效果。全锚索支护是对巷道的顶部、两帮等处开展锚索加固处理，真正展现出锚索支护用于煤矿巷道加固的优势，这种支护方式也在髙地应力和受到动压影响大的巷道加固中使用。
2、设定合理的支护参数
采用预应力描索进行支护时，必须设定索体直径、长度等各项参数。其中，预应力是锚索支护的重要参数之一。此外，由于锚索的长度及直径均比较大，能够施加的预应力自然也比较大。但支护操作中设定的锚索长度必须达到其可以固定在相对稳定岩层的具体要求。同时，锚索与钻孔直径需相互匹配，通常情况下，锚索直径一般设计为２２ｍｍ，此时，索体和钻孔直径之间的差值要控制在６￣10ｍｍ范围之内。为提高材料道围岩控制效果，主要从以下几个方面进行了优化：①锚杆与锚索协同布置。顶板巷中两侧锚杆（3#和5#）不再施工，该位置由较长的大预应力锚索代替。②优化锚索参数。顶板锚索长度缩短为更合理的6250mm，间排距修改为1500mm×2250mm，每排锚索由3根减少为2根；锚索预紧力增大至200kN，较大程度地提高了支护强度，预应力扩散范围更广。③增打煤柱侧帮部锚索。上帮中部位置应力集中，为支护薄弱面，该位置增打45°的帮锚索（规格同顶板），使用台座式托盘，保证了孔内、外钢绞线成一直线，锚索的锚固力在沿托盘方向无剪切分力。帮锚索可把帮部锚杆支护体与围岩挤压加固至深部，提高了帮部支护强度，利于控制煤柱侧帮部变形。④金属网改用自连工艺。自连工艺操作灵活便捷，能及时有效地修补卸压钻孔等造成的破坏，连接点强度远高于传统扎丝连接工艺，避免形成护表“短板”；使金属网崩紧、密贴巷表，对巷表形成较大的约束力，改善了岩层的应力状态，实现锚杆的及时和主动支护，同时可降低一定的支护成本。
3、锚杆、锚索协同布置
锚杆支护是通过布置在岩体内的杆体以及其构件所提供的作用力，来改善巷道围岩的应力状态。当以较小间距成排安装时，各锚杆的压应力分布区相互叠加、连在一起，在巷道围岩中形成一个连续的承载区，达到支护和加固的效果，锚杆、锚索支护的关键是提供较大的预应力和支护范围。加强支护锚索通常施工于锚杆排距中间，锚索与锚杆形成各自的压应力区，其值相差较大，交叠处会形成应力集中，锚索与锚杆不能很好地协调作用，不利于巷道围岩控制。将巷中关键部位的锚杆采用具有更大的预应力和支护范围的锚索替代，并通过高规格的钢筋梯形梁和金属网等，与锚杆、锚索连成一个整体。锚杆、锚索协同布置后，由于锚索荷载远大于锚杆，锚索荷载与锚杆荷载相同大小部分，与锚杆共同形成一个承载层，形成锚杆支护带，有效加固巷道浅部不稳定围岩。锚索剩余的大部分荷载则将浅部支护体及围岩平稳地锚固于深部较稳定岩层中，锚索与锚杆协同作用、共同承载，形成锚杆、锚索协同支护带，使两者的预应力更好地向深部转移，并在钢筋梯形梁和金属网协助下，对巷道围岩有着更好的控制作用。锚杆、锚索协同布置，在保证巷道安全性和适用性的同时，可以减少锚杆数量。
4、案例分析
4.1概况
忻州窑矿井下作业面两巷走向长度2200m，巷道移交安装时顶部锚杆断裂超过200根，回采作业时又先后出现100根断裂，其中绝大多数均为水平应力导致的剪切与扭拉破坏，对井下生产作业安全造成严重影响。针对这一问题，该矿立足自身实际，总结出高应力耦合让压防剪切支护技术，并在巷道掘进作业中取得良好的应用效果。在高应力顶板耦合让压支护基础上，在每排顶板支护中使用两根短锚索替代顶锚杆，短锚索均匀分布在巷道中心两侧，使用的是直径22mm、长度3000mm的高强度低松弛锚索，锚索布设间排距采取五花布置形式。图1即为耦合让压防剪切支护设计示意图。
图1耦合让压防剪切支护设计示意图
4.2施工工艺分析
巷道使用综掘机掘进布设，截割作业时巷道两帮以倒梯形进行适当预留，并使用临时支护工艺支护，随后人工自上而下进行刷帮作业至荒断面，施工护帮锚杆并挂设金属网以防止片帮现象的发生。当顶板完好时，顶板永久支护工艺首先选用长度3000mm的锚索进行加固支护，随后自巷道中间向两侧，以此施工其他支护锚杆并挂金属网与钢带，并结合井下矿压变化特性及时进行长锚索（6500mm~7000mm）施工。此外，在掘进后，当顶板离层量/顶板下沉量和底鼓量在3d为无变形趋势时，应当立即采取随掘随锚工艺，如果72h内变形速率变化稳定，可滞后作业面10m~30m支护。
4.3支护效果分析
通过在忻州窑矿2000m掘进巷道的支护实验可知，使用预应力耦合让压防剪切支护工艺后，巷道支护效果显著提升，顶板因剪切破断锚杆数量由200多根缩减为25根，仅占据巷道顶板锚杆数量的1%，相较于原先近10%的剪切破断比率差距明显。这表明支护效果良好，能够有效保障井下作业持续、稳定、安全开展。
结束语
通过锚杆与锚索配合支护，可以有效解决煤矿巷道支护方面的问题，保障巷道施工在复杂的环境下可以顺利进行。为充分展现锚杆与锚索配合支护的优势，必须全面了解锚杆与锚索配合支护技术操作原理及具体分类，能够严格遵循应用流程展开施工，为煤矿企业提供安全的生产环境，对保障煤矿施工人员的安全及企业的经济效益有重要意义。
参考文献：
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[2]宋泽方，查文华，张亮，张若飞.巷道顶板锚杆锚索支护耦合影响研究[J].煤炭技术，2017，36（03）：108-110.
论文作者:杨玉虎,周慧忠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：巷道论文; 锚杆论文; 顶板论文; 应力论文; 围岩论文; 煤矿论文; 预应力论文; 《基层建设》2018年第36期论文;