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摘要：煤矿资源所处地理位置比较特殊，复杂的环境加大了煤矿巷道的支护难度。煤矿巷道支护技术由前期的木头支护转换为钢板支护，最后发展为现在的锚杆支护。锚杆支护技术有效地改善了我国煤矿巷道存在不安全因素的现状，提高了煤矿开采效率。本文对煤矿巷道锚杆支护技术的应用进行探讨。
关键词：煤矿巷道；锚杆支护技术；应用
前言：随着社会经济的发展，我国对于煤炭资源的需求量越来越大，但是长期的开采导致我国煤炭资源日益枯竭，浅层煤炭几乎被开采殆尽，煤炭开采开始向深层煤炭资源迈进。在进行煤炭开采时，需要保持巷道的畅通，保证围岩的稳定，随着煤炭开采深度的加深，井下环境变得越来越复杂，使深层煤炭开采具有相当大的难度。井下开采程度不断加强，地质条件非常复杂，出现了很多高地应力巷道、特大断面巷道以及松软破碎围岩巷道等，极大地增加了巷道的支护难度，传统的支护技术已经满足不了现代煤炭开采的需要，所以研究新的煤炭巷道支护技术势在必行。煤矿巷道支护技术在经历了木支护、型钢支护以及砌碹支护等技术后，锚杆支护开始广泛应用于现代煤矿开采中，成为国内外主要的煤矿巷道支护技术。
1、锚杆支护技术
传统的架设棚式支架或砌碹措施在实际应用中逐渐显现出其弊端，锚喷支护技术是在此基础上发展起来的，并已经逐渐取代了传统的支护技术。锚杆支护主要通过组合连和挤压加固拱实现对围岩的支持作用。通常采用端头锚固型作为树脂锚杆，锚杆的端头和孔壁岩石通过树脂这种粘贴剂粘贴起来。在固化剂和加速剂的双重作用下，待凝胶强度比较高时，再进行进一步加固，在另一端加上垫板拧紧螺帽。锚杆的矛头和垫板使围岩的压力分解为三向应力状态，产生的压应力改变了围岩的受力状态，能够有效防止其移动，确保了其支撑性和稳定性。
2、煤矿掘进支护现状
2.1 煤矿巷道
在我国一半以上的煤矿开采都是在地下进行的，在进行开采的过程中一定要注意煤矿内部的通风排水和煤矿的运输，这个空间统称为巷道。在进行煤矿开采的过程中，开采环境恶略，容易发生坍塌事故，所以在开采的过程中为了保证工作人员的生命安全，一定要合理布置巷道的方向，煤矿技术不断地普及，巷道实现过渡，放顶煤开采的过程中开采技术得到了普及，导致巷道在进行挖掘的过程中，挖掘的速度快，整体的工期短，需要从老旧的巷道逐渐向岩石的巷道逐渐过渡；地下开采的煤矿巷道规模较大，煤矿的数量较多，在进行运输的过程中，通风要求严谨，煤矿在开采的过程中单项的布置越来越少，多巷道越来越多；需要充分利用巷道的断面，在进行挖掘的过程中，传统的拱形断面逐渐减少，矩形的断面逐渐增加，导致在煤矿开采的过程中效率增加，质量增加，巷道的断面越来越多在进行挖掘的过程中难度也变大了；煤矿不断地大面积的开采，地质条件多变，从这些趋势来看，巷道在开采的过程中会发生很多的风险，挖掘的难度变大，就必须要求我们在挖掘的过程中对技术严格的创新，稳固好巷道的安全。
2.2 煤矿巷道掘进支护
现阶段在煤矿巷道的施工过程中锚杆支护应用最为广泛，需要通过提高岩石的强度来解决在施工过程中出现的围岩张裂的问题，在开采的过程中一定要注重三高和一低，锚杆支护的高强度'高刚度'高的可靠性，支护密度，可以保证在挖掘的过程中提高挖掘的效率。在我国现阶段很多企业在煤矿开采的过程中都采用锚杆支护的技术，最后形成了一套完整的锚杆支护成套的技术，根据策略制定相应的标准和制度，推动锚杆技术的不断发展。
3、煤矿锚杆支护技术存在的问题
3.1 锚杆支护技术的支护力度比较低
目前，与发达国家煤矿锚杆支护技术的支护力度相比，中国煤矿锚杆支护技术的支护力度仍然偏低，在支护方面的初锚力及锚固力等方面都还没有达到国家标准水平。在锚杆支护所使用的螺母与托板之间存在很大摩擦力，且施工人员在安装螺母前也没有添加一些塑料垫片来提高锚杆钻机的扭矩数值，这样就在一定程度上降低了锚杆初锚力；中国的煤矿锚杆支护技术在施工过程中所使用的锚固剂与发达国家的锚固剂也存在一定差距，这就影响了锚杆的锚固力；中国的锚杆支护技术在安装锚杆的过程采取的间距约为0.75m，这样的间距不足以满足煤矿巷道的安全需求，也影响了锚杆支护技术的支护力度。
3.2 煤矿巷道锚杆支护材料不符合标准要求
根据现有煤矿设备材质标准要求，对支护所用的锚杆、托板、锚索在抗拉力以及预应力方面都有一定的限制要求。但是原有煤矿巷道所用的支护设备材质存有一定的质量安全问题，抗拉强度、构件延伸性及冲击韧性都不符合标准要求，造成后期出现煤矿事故。在预应力方面，螺母、托板及杆体之间不能进行有效配套使用，造成杆体在受力方式上存有较大问题，不能承载较大的岩体重力。
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3.3 锚杆支护技术的创新研究不到位
中国煤矿所在地分布非常复杂，且煤矿地质软岩层很多，大部分煤矿巷道都会不间断地受到采掘影响使得煤矿巷道周边围岩产生严重变形而导致坍塌，这样会使得煤矿巷道的使用年份大大减少，并产生各种棘手的问题。目前中国煤矿巷道使用锚杆支护的技术研发并不能应对变形严重的煤矿巷道，比如在软岩、产生高应力上面锚杆的支护发挥不了有效作用，这就是目前中国锚杆技术的发展瓶颈。目前中国煤矿巷道锚杆支护技术的研发主要放在锚索、锚梁网和锚喷网应用到煤矿软岩巷道中，但针对不同围岩的锚杆支护技术的研发工作没有进展，一直得不到有效的技术性突破，这直接影响到锚杆支护技术的创新型研发。
4、煤矿巷道锚杆支护技术
4.1 锚杆支护技术在软岩巷道中的应用
我国很多煤矿的巷道都是软岩巷道，这种巷道支护困难很大。软岩巷道主要有以下几个特征：软岩巷道煤层顶部的岩层胶结性非常弱，一旦遇水，很容易出现膨胀，周围的围岩也不够坚固，巷道容易受风化作用影响，产生崩解等。在软岩巷道中，煤层厚度在5m左右，由于煤层在形成过程中，受节理发育的限制性比较强，所以煤层的抗压能力非常弱。很多煤层顶部以及底板的岩层都是砂质类的岩层，岩层松散破碎，抗压强度很低，一旦遇水就会发生膨胀。
在对软岩巷道进行支护时，经常使用树脂全长预应力锚固技术，使巷道的表面呈现出垂直的状态。在支护过程中使用金属网和钢筋网，这样能够防止软岩巷道变形，防止巷道的围岩出现膨胀，保证围岩的整体性与安全性。还能够使锚杆的强度和预应力大大提高，防止岩层出现变形或者拉伸状况，提高锚杆的支护效果。在软岩巷道中使用锚杆支护技术能够大大降低巷道的围岩变形程度，加强巷道的坚固性，保障巷道的安全，能够在最大程度上降低煤矿巷道事故。
随着锚杆支护技术的进一步发展，锚杆支护技术在煤矿开采中得到了越来越广泛的应用，目前常用的锚杆支护技术主要有3种应用情况：第一种是用于存在潜在破坏或者遭受被动悬吊破坏情况下的煤岩体中；第二种是用于锚固区的壳、拱、层或者梁的结构之中；第三种是使用锚杆支护技术对锚固区围岩的应力状态和力学性能进行改变，控制围岩的破坏或者变形。在实际的使用过程中，锚杆支护主要用于控制围岩的破坏或者变形，在这种情况下，锚杆的受力曲线可以分为几种不同的类型，见图1。图1中的曲线1代表锚杆的预应力非常低，对于巷道不能够起到较好的支护作用，曲线2、曲线3与曲线4代表锚杆具有一定的预应力，但是对于围岩早期的离层控制作用有限，而曲线5则代表锚杆具有很高的预应力，能够有效控制煤矿岩体的扩容变形，能够实现锚杆对巷道的强力支护。
通过对图1的分析，可以明确锚杆支护在使用过程中的受力变化特征，根据锚杆支护的受力变化特征可以得到支护围岩响应曲线，见图2。在图2中，曲线1曲线5与图1中的5条曲线是一一对应的关系，图2中的曲线1代表锚杆对围岩无支护作用；曲线2代表锚杆具有较小的围岩变形，但是在之后却出现了围岩位移不断增加的情况；曲线3代表围岩逐渐变稳；曲线4代表围岩的位移比较大，并且极不稳定，加上锚固力降低，围岩很容易出现失稳现象；曲线5代表锚杆支护在强力和预应力方面都能够达到较高的水平，能够对巷道围岩进行有效控制。
4.2 煤矿软岩巷道支护中存在的问题
在实际的煤矿开采过程中，每一个煤矿的地质情况都不同，所以软岩巷道的支护在实际操作中具有一定的难度。软岩巷道在支护过程中遇到的问题主要包括以下几个方面：在对巷道进行常规支护过程中，有些围岩的自承圈厚度比较小，围岩对于巷道的保护作用变得非常小，在对煤矿巷道进行挖掘后，巷道内的围岩应力会重新分布，这时支护体就要承受非常大的压力，在实际支护过程中，需要采取有效措施加强支护体的强度，但是支护体强度过大又会对围岩的变形产生较大限制，导致支护体与围岩之间不能进行有效作用，支护得不到最大程度的发挥，软岩巷道的岩层在受到应力时很容易出现膨胀，在围岩比较弱的地方，就会出现较大的变形，容易导致软岩巷道出现破碎区，对围岩的自承圈造成损害，不利于巷道的安全。
4.3 加强软岩巷道支护的措施
在进行煤炭资源开采时，如果采取常规的支护无法起到较好的效果，则可以对巷道实施第二次支护，这样能够极大地保障第一次支护的柔性，使支护体的强度获得较大程度的提高，并且第二次支护能够使围岩在一定情况下发生变形，这样围岩就能够释放出一部分应力，增强围岩的安全性。在加强软岩巷道的支护时，还要考察软岩巷道内的情况，有针对性地对巷道支护进行加固，更好地对软岩巷道进行保护。对于那些周围围岩比较脆弱的巷道，也可以使用锚梁支护对围岩进行加固，防止围岩的脆弱区域扩大，提高支护对于围岩的约束力，增强巷道的安全性。
5、结语
随着社会经济与科学技术的发展，煤矿开采企业对于巷道支护技术提出了更高的要求，由于每个煤矿的地质情况差别较大，所以在进行实际的煤矿巷道支护时，要对煤矿的地质情况进行充分考察，根据煤矿的实际情况选用合适的支护技术，防止巷道变形或者坍塌，确保煤矿开采安全。
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论文作者:郭建维
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/8
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