煤矿锚杆支护技术分析

煤矿锚杆支护技术分析（共10篇）

煤矿锚杆支护技术分析 篇1

摘要：煤矿是我国经济和工业发展的一个重要能源,在煤矿的生产过程中,由于煤矿开采本身的环境问题,在开采中支护是一项非常重要的工作,如何选择支护方式对于后续的工作而言尤为重要,传统的支护技术较为落后,新型的锚杆支护技术有效的改善了传统支护的缺陷,获得了更为理想的支护效果,已经在煤矿的开采生产中得到了充分的应用,本文将就锚杆支护技术进行相关探讨。

关键词：煤矿,锚杆,支护,技术,安全,措施

随着煤矿采煤巷道的支护工作进行,锚杆支护得到了充分的发展,大大的提高了工作安全和工作效率,从而提高了企业经济效益,例如支护效果好、维护方便、操作简单、成本较低等,但是不可忽视的是锚杆支护也具有一定的缺点,包括顶板冒落突然,冒落范围较大等,一旦发生事故将会造成严重的影响,威胁到工人的生命安全和生产的正常进行,所以对锚杆支护技术不断的改进和讨论是十分必要的,希望本文的相关讨论能够引起从业者的一些思考。

1 锚杆支护的优势

1.1 锚杆支护的作用

锚杆支护的主要原理就是采用锚杆的受力将锚杆与岩体进行粘结,从而提高岩体的整体性,避免岩体的不稳定性造成的坍落等现象,另外锚杆对于岩层的悬吊也起到了作用,通过预紧力的作用能够对岩层之间的摩擦力造成影响,摩擦力的增大和锚杆本身的受力作用控制了岩体之间的互通现象,从而提高了岩层本身的承载能力,对于巷道的岩体受力来说也得到了充分的改善,将原本的二向受力转化为三向受力,从而提高了岩体的稳定性。

1.2 锚杆支护的优点

锚杆支护将原本的被动支护变为主动支护,这种支护改变了传统支护方式的变形后支护的原则,采取了提前支护,主要是利用杆体、锚固剂、托板等对围岩进行一个强度的支撑,围岩在开发过程中的持续形变锚杆也会随之不断的增加支护力,从而防止了早期的顶板离层或者片帮等现象,锚杆支护还能够对工作面的超前支护和端头支护进行简化,为后续的开发和产出提供了良好的环境基础。

1.3 消除安全隐患

在煤矿的开采过程中,顶板煤层与棚架之间一旦出现空隙将容易造成自燃现象,容易引发严重事故,另外在大断面开发以及棚架撤回等动作时也容易发生大面积冒落或伤亡事故。锚杆支护的使用有效的消除了这些问题,大大提高了安全概率。

1.4 降低支护成本

锚杆支护与传统支护相比大量的节约了材料,不管是木材还是钢材,节省了资金,降低了成本,同时还降低了劳动强度,提高了工作效率。

2 锚杆支护技术的概述

基于不同的锚杆支护作用分析现阶段煤矿掘进巷道支护方式大多以组合锚杆支护为主,根据实际的煤矿巷道情况,采取合适的巷道支护方式,形成不同的组合锚杆支护方式,基于不同的锚杆支护方式,对其作用进行分析。

2.1 悬吊式锚杆支护

早期的锚杆支护主要以悬吊为主,根据不同的围岩情况,悬吊式锚杆支护存在许多不合理的地方,当围岩周边细碎岩石较多,本身围岩就存在一定的问题,在此基础上悬吊锚杆,不仅难以保证锚杆支护的稳定性,还会加重巷道围岩层的跨落,进一步破坏围岩整体结构。

2.2 组合梁锚杆支护

由于巷道围岩属于一种岩性结构,分为多层次的岩石层,岩层表现为多种多样。采用组合梁锚杆支护,将多层围岩锚固起来,用于加强围岩承载力,当岩层过于破碎,可以凭借岩石层间的相互摩擦、挤压,也可促进围岩稳定。

2.3 组合拱锚杆支护

组合拱锚杆支护相较于组合梁锚杆支护,当岩层过于破碎,可以凭借间自身获得围岩的稳定,组合拱锚杆支护也可发挥效用,例如一些大断面巷道、拱型巷道中,采用组合拱锚杆支护,将多层破碎围岩锚固起来,减少围岩的跨落,依靠岩石层相互摩擦、挤压,提高其拱形结构的承载能力,防止围岩变形,促进围岩的安全与稳定。

2.4 锚杆孔的注意事项

锚杆支护中锚杆孔的设计尤为重要,锚杆孔的设计与施工需要充分注意,首先必须根据相关规范要求对锚杆孔的间距和大小深度等进行标记,保证锚杆孔的轴偏差在误差范围内,锚杆孔的深度必须长于锚杆长度。

2.5 锚杆支护施工

在施工中首先要做到必须严格遵守相关制度,避免投机取巧造成的事故隐患;另外对于不同的煤矿地质情况要根据实际情况进行掘进支护的方案设定,从标准化、规范化、有序化方面做到持续的完善;施工中施工人员的安全意识也尤为重要,除了技术方面,意识方面的提高也是不容忽视的,这就需要做好施工文明的培训工作,巷道内设立相关警示标牌,使工作人员随时提高警醒;最后还需加强对施工作业的监管与检查,对一些围岩支护情况比较复杂的巷道,应加强锚杆支护强度,采用加密锚杆、点柱、架棚、锚索锚固、全长锚固等方式,在实际煤矿巷道掘进支护中,不可使用永久支护的锚杆、钢带、锚索、金属网起吊设备等,及时、定期对锚杆支护情况进行检查,还需加强失效锚杆、支护顶板的检查与修复。

2.6 锚杆支护的发展

为了煤矿开发的快速发展,人才是十分必要的,要通过引进、培养煤矿开采专业技术人才,进一步加强整合煤矿的技术力量,确保整合煤矿的人力资源保障。积极采用高新技术和先进适用技术改造整合煤矿。在适宜的条件下,大力推广应用综采与综掘技术及装备,提高矿井的机械化与自动控制技术水平;加大安全装备的投入力度,确保矿井安全。在煤矿开采的同时,应重视和解决煤矿开采引起的环境问题。如保护土地资源、水资源,实现节能减排、综合利用等。

3 结语

综上所述,煤矿开发的不断发展为巷道掘进的支护奠定了基础,煤矿锚杆支护为煤矿的开发发展提供了广阔的空间,锚杆支护技术在煤矿生产中应用越来越广泛,从支护方式到支护技术都逐渐改善和发展,为煤矿企业的发展奠定了良好的基础。

参考文献

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煤矿锚杆支护技术分析 篇2

关键词：煤矿巷道；锚杆支护；作用及改进

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）17-0161-02

煤矿巷道衔接着的支护路径，历经了惯用的木支护、型钢制备出来的支护、新颖架构下的锚杆支护。实践数值表征出：锚杆支护这样的办法，能限缩支护成本，带有凸显的成效。比对惯用的棚室支架，锚杆建构起来的支护，缩减了原有的劳动量，限缩了原有的建构成本。工作面衔接着的端头支护、超前支护这样的工艺，也经由如上的路径，得以简化。这就为原有的产量升高创设了可用的条件。锚杆支护特有的技术，被广泛接纳和延展。

1 成套架构下的支护作用

煤巷衔接着的锚杆支护，关联着成套架构下的新技术，是一个带有完备特性的技术体系。如上的技术体系，可以分出巷道现存的围岩测定、预设的锚杆支护、选取出来的支护原料、支护质量的查验、矿压的查验和评析、特有情形下的支护建构。锚杆支护现有的作用，可以分出悬吊支护这样的作用、加固现有的拱形、组合梁特有的支护作用。

在这之中，支护凸显出来的悬吊作用，表征在偏薄的直接顶之上，或者很稳固的老顶之上。锚杆把下侧方位内的岩层，悬吊在特有的稳固岩层之上，锚杆荷载了偏软的岩体重量。此外，为了能建构起可用的组合梁，锚杆要被安设在受接状态。这样一来，锚杆涵盖着的拉力，就会产出特有的法向力；层级衔接着的摩擦力，就会荷载水平方位内的剪应力。

1.1 地质力学查验的关联技术

围岩搭配的力学测验，可以分出特有的地应力查验、围岩现有的强度查验、巷道构架的查验。在查验地应力时，主要接纳了应力解除这样的办法、水压致裂的特有办法。在这之中，应力解除这样的办法，可以查验现有的原岩应力、次生态势下的岩层应力。水压致裂这样的办法，可以经由地表钻孔这一路径，衡量出现有的煤层应力。孔径偏小的水压致裂，获取到了精准的查验数值。

在查验煤层现有的强度数值时，可以挖掘出钻孔，经由井下方位内的强度测量，辨识出原初情形下的岩体强度。经由井下打孔这样的路径，可以辨识出岩体特有的抗压属性。

1.2 细分出来的支护流程

建构支护路径时，要顾及到锚杆衔接着的锚索，考量这一体系内的配件协同，以便凸显出整体态势下的支护成效。锚杆设定好的托板、衔接着的螺母，应能与现有的杆体搭配；锚固剂涵盖着的力学属性，也要与现有的杆体契合；组合态势下的各类配件，以及关联着的金属网，要能与现有的杆体契合。锚索及衔接着的托板、安设好的金属网，都应与现有的锚杆近似。若顶板现有的稳固性差，则要添加合规的钢筋，以便增添这个层级的稳定性。

预应力偏高的那些杆体，要搭配着带有配套特性的拱形托板、强度偏高的螺母、限缩摩擦必备的垫片。组合态势下的多样配件，要配有最佳情形下的刚度比值，安设W这一形状的特有钢带。金属网的安设，要依循既有的强度规则。对于偏高应力态势下的强力锚索，应衔接着大托板，以便有序延展现有的工作阻力。若不这样，则某一配件的碎裂，会干扰到现有的总支护，也可能限缩总的体系成效。锚杆及关联的锚索，应搭配着最佳情形下的力学参数；它们应能建构起协同路径下的配合机制。

2 可用的改进路径

2.1 支护必备的新颖材料

支护必备的原料，经由偏低强度，更替到偏高的强度。惯用的圆钢粘结情形下的锚杆，曾被广泛接纳。现有的很多区域，还在沿用如上的支护原料。然而，这样的原料，很难与偏复杂的场地契合，因此，开发了带有偏高强度的、螺纹钢制备出来的支护原料。这样的配件，优化了原初的锚杆形状，增添了原初的锚固成效。开发了带有专用特性的钢材原料，提升了原料应有的强度层级。预应力架构下的锚索支护，也带有专用特性，增添了吨位。锚索总体架构下的直径能升至23 mm；最大范畴内的拉断荷载，能升至590 kN。锚杆的材质，可以分出惯用的钢材、新型架构下的玻璃钢。有的锚杆，是用专用情形下的螺纹钢，予以制备的。锚固剂也可分出多样的类别，主要涵盖了水泥制备的锚固剂、树脂制备的锚固剂等。

2.2 质量查验及矿压查验

锚杆建造的查验中，带有成套特性的查验设施，涵盖了特有规格的拉拔计、预紧力特有的查验仪器、声波态势下的查验仪器。在查验巷道现有的矿压时，可以用到的特有仪器，涵盖了表层方位内的位移查验仪器、顶板架构下的离层查验、深层级内的位移查验。

此外，查驗必备的仪器，还涵盖了特有型号的锚杆、锚索衔接着的受力仪器。巷道矿压查验必备的、综合态势下的在线监测，也带有延展的态势。在矿井以下查验到的数值，可以运送到现有的井上，以便建构起实时框架下的矿压查验，有序去辨识数值。

2.3 注浆及关联着的锚固改造

在碎裂的岩体以内，挖掘出特有的巷道，若单独接纳锚杆支护，很难发挥出特有的锚杆性能。除此以外，对碎裂的那些巷道，经由翻修，若单独接纳如上的锚杆支护，也没能获取到期待中的支护成效。若能整合起锚固路径及关联的注浆路径，则可化解掉破碎围岩现有的支护疑难。

依循煤巷的总特性，可以摸索出不同架构下的注浆锚杆。对那些很易碎裂的、带有脆弱特性的岩层，还可接纳钻锚注态势下的加固路径。这样一来，就化解掉了碎裂层级特有的加固疑难。

2.4 偏软的支护架构

很多区段以内，存留着偏软的那种软岩矿井。在这样的矿井以内，煤层和衔接着的顶底板，很易碎裂，带有偏差的胶结特性。这些层级内的岩体，凸显出了松散的总状态，带有风化及瓦解的总倾向。若遇到偏多的水体，则快速去膨胀，增添了这一区段中的支护难度。为化解掉如上的疑难，在这样的煤巷架构内，设定出了特有规格的支护。

例如：某一煤层带有5 210 m的平均厚度，煤层现有的抗压强度数值，没能升至合规的程度。顶板衔接着的砂质泥岩，也带有膨胀的特性。单轴现有的抗压强度，没能超出2 290 MPa。掘进路径下的断面，凸显出了半圆这样的拱形，涵盖了370 m这样的埋深。

对这样的煤巷，接纳了树脂架构下的锚固支护，选取出特有长度情形下的锚杆。选取了特有规格的护板、特有规格的钢筋网、菱形框架内的金属网，以便建构可用的支护。经由如上的修护，在回采时段内，总体态势下的沉降被限缩，围岩也没能扭曲。为了化解掉沿空留巷特有的支护疑难，还要建构起高预应力态势下的工作面，妥善去确认这一巷道应有的埋设深度。

3 结 语

煤矿特有的锚杆支护，从原初的偏低强度，延展到偏高情形下的预应力，搭建出了强力支护这样的新框架。锚杆支护衔接着的配套技术，可以分出围岩地质配有的测试、动态架构内的支护设定、强度偏大的支护设定、速率很快的机械搭配。矿压查验及关联着的注浆，要与如上的支护相契合。只有这样，才能妥善去管控采空区，有序管控岩体形状的更替，获取到期待中的支护成效。

参考文献：

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论述煤矿矿井中巷道锚杆支护技术 篇3

参考文献

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试论应用锚杆支护技术 篇4

关键词：锚杆支护 现状 优越性 注意问题

0 引言

科学在发展，技术在进步，科技是降低成本、提高经济效益的主要手段。相信锚杆支护技术是煤矿中最具有发展潜力的支护技术，它必将对煤矿企业的高产高效带来重大影响。以下是本人对锚杆支护的一点认识和思考，相信只要认真对待，注重研究，锚杆支护技术必将继续完善和提高，进而推动煤矿经济效益的提高，并积极地响应了国家对能源行业提出的关于节能减材的方针和政策。

1 使用锚杆支护的作用

随着锚杆支护工程实践的不断丰富使用，与不同条件的各种锚杆支护理论的相继被提出并逐步得到发展和完善，归纳起来，主要有以下三个作用。

1.1 悬吊作用 锚杆支护的悬吊作用，突出的表现在直接顶较薄，老顶较坚固的情况下，锚杆将下部不稳定的岩层悬吊在上步稳固的岩层上，由锚杆承担软岩或危岩的重量，以达到井巷稳定的目的。这一理论提出的较早，有一定的实用价值。但是大量的工程实践证明，即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆亦能发挥支护作用。例如，在全煤巷道中，锚杆就锚固在煤层中也能达到支护的目的，说明这一理论有局限性。

1.2 锚杆的组合梁作用 为了解决悬吊理论的局限性，在层状地层中提出了组合梁理论。组合梁理论适用于顶板由多层小厚度连续性岩层组成的巷道，其原理是在没有稳固岩层提供悬吊支点的薄层状岩层中，可利用锚杆的拉力将层状地层组合起来，形成组合梁结构进行支护。并借助锚杆本身提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动，是防止分层在压力作用下发生整体弯曲变形，呈现出组合状态，从而提高顶板的抗弯刚度及强度。这一观点有一定的影响，但是工程实例较少，也没有进一步的依据资料供设计应用。例如，岩层沿巷道纵向有裂缝时梁的连续性问题和梁的抗弯强度问题。

1.3 锚杆的减跨作用 如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于增加了支点，从而减小了顶板的跨度，使顶板岩层的弯曲应力和挠度得到降低，维持了顶板稳定。这就是锚杆的减跨作用，这套理论实际上来源于锚杆的悬吊作用，但它同样未能提供用于锚杆支护参数设计的方法。总之，使用锚杆支护，可发挥其加固拱作用和悬吊作用，使复合顶板内的各煤岩体与锚杆紧固成一个所谓的“组合梁”，从而提高顶板岩层的抗弯强度，减少各岩层层面滑移、离层和冒落的机率，从而保证巷道的稳定性。代替了木支护，又适应了国家天然林保护工程实施以来所导致的木材无法采购的外部环境，并响应了国家所提出的节能减排的号召。

2 煤巷锚杆支护现状

2000年以前我国矿区煤巷大多数采用的都是木支护，采区切眼采用了水泥锚固剂、竹锚杆、挂铁丝网，但支护效果不很好而木支护巷道每半年都要重新支护一次，使的投入增大，为此天池一矿决定改进支护方式。

2.1 由于天池一矿全矿区地质条件简单、煤层赋存条件好，但煤层局部产状变化较大，煤层较为破碎。巷道采用煤层巷道，围岩完整性较好，层理不发育，煤体抗压、忍性强度较高，煤巷支护采用锚网支护，锚杆端锚为主，杆体用φ16mm、长1600mm圆钢加工而成；巷道顶帮配以40×40mm网格的铁丝网。在交岔点或煤层较为破碎处在锚网支护的基础上增加钢带支护，每排钢带间距与锚杆间距相同（锚杆间排距根据煤层情况调整，一般间排距700×700mm），通过锚杆固定钢带，亦即锚杆+网+钢筋梁支护。

2.2 锚杆支护的结构形式主要有单一锚杆+水泥托板、锚杆+网+水泥托板、锚杆+网+w型钢板钢带、锚杆+网+钢筋梁等形式。形式的选择主要取决于巷道围岩的性质，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类较好的围岩巷道中一般选择锚杆+网+水泥托板，随着围岩条件的变化程度及断面增大，Ⅳ、Ⅴ类围岩巷道采用锚杆+网+w型钢板钢带、锚杆+网+钢筋梁的支护形式。

3 锚杆支护的优越性

3.1 支护效果好 锚杆支护在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控制理论，属于“主动”支护，锚杆安装以后在围岩内部对围岩进行加固，迅速形成一个围岩——支护的整体承载结构，因而能够调动和利用围岩自身的稳定性，充分发挥围岩自身的承载能力，所以锚杆支护有利于保护巷道围岩的稳定，改善巷道维护状况。

3.2 劳动强度低、效率高 与传统架棚式支护相比，由于锚杆支护所采用的支护材料较少、重量较轻、巷道掘进时，极大地减少了支护材料的运输量，劳动强度也大为降低，有利于提高掘进工效。工作面回采时，也省去了支架的回撤工作，既降低了工人劳动强度，又提高了安全系数。锚杆施工操作简单，紧跟掘进面，有利于实现快速掘进支护机械化。

3.3 经济效益明显 采用锚杆支护和减少支护材料投入，降低直接支护成本。由于锚杆支护不占用巷道工作断面，因而在支护设计上，可相应减少巷道断面，节省大量材料。还能减少巷道维修量，节约维护费用。总之锚杆无论在支护材料费用方面还是运输和维护费用方面都有着其他支护材料无可比拟的优势，锚杆支护技术在这些方面能够降低成本，显著提高经济效益。

4 锚杆支护中应注意的问题

锚杆支护虽然具有即时承载、预紧力大、支护效果好、劳动强度低、支护成本低等等优点，大力推广锚杆支护技术是实现回采工作面高产高效的有效途径。但采用该技术需要注意以下几个问题：

4.1 锚杆必须成分利用锚杆的预紧力，锚杆的底部必须紧贴岩壁，否则锚杆无法起到加固梁和组合梁的作用。

4.2 掘进煤巷时应保持巷道顶板和两帮的平整，最好以不破坏顶板完整和减少爆破震动巷帮煤体为原则，避免巷道周边形成应力集中，确保巷道的稳定性。

4.3 顶板锚杆不亦全部垂直顶板方向布置，应以放射状为准，破碎的岩层间隙要以水泥注浆充满，确保锚杆要有足够的锚固力。

4.4 锚杆必须要有托护结构并产生一定的托锚力，没有托锚力的注浆钢丝绳锚杆由于不能形成主动支护，因而不能用于煤巷支护。

4.5 随着锚杆支护技术的普遍应用，锚杆的回收再利用工作我认为也应当受到足够的重视，一套锚杆虽然价值不高，但积少成多，所带来的经济效益将十分巨大。首先从材料上讲，目前各大矿区大多数所使用的锚杆有稍钉式和压塑式两种，虽然稍钉式锚杆强度高，一旦安装成功就以将锚杆螺纹损坏，却无法回收再利用。压塑式锚杆在安装时可不破坏锚杆螺纹结构，有利于回收复用要加大投入研究锚杆的回收技术。锚杆的质量直接关系到巷道支护效果和煤矿安全，应当研制高质量的锚杆及性能优越的附件，提高锚杆支护水平。

4.6 选择合适的锚杆参数，确定有效的锚杆支护形式。

5 结论

锚杆支护由于能主动地加固围岩，最大限度地保持围岩的完整性、稳定性，控制围岩变形、位移和裂隙的发展，充分发挥围岩自身的支承作用，变被动支护为主动支护，有效的改善矿井的支护状况，具有施工方便、效率高，有利于加快施工进度，且施工成本低、支护效果好，已经成为当今巷道支护改革的主要趋势。

参考文献：

[1]窦林明，邹喜正，曹胜根，陆菜平编著.煤矿围岩控制与监测.中国矿业大学出版社.2007年2月第1版．

煤矿岩石巷道锚杆支护力学分析 篇5

1 煤矿地质条件

该煤矿是一个位于贵州省黔西北的0. 3Mt/a的矿井, 开拓巷道围岩的地质特征: 顶板岩性, 粉砂质黏土岩, 岩层厚度20. 3m - 34. 6m, 平均27. 4m; 底板岩性, 粉砂岩及粉砂质黏土岩, 21. 21m - 32. 0m, 平均28. 6m。煤层地质特征: 0. 71m -1. 86m, 平均1. 09m, 煤系顶部的第一煤层, 夹1 - 3粉砂质黏土岩, 岩层厚度一般为0. 20m以下, 夹矸颜色较杂。

2 FLAC3D及数字建模

2. 1 软件FLAC3D

FLAC分析软件着重利用求偏微分或者常微分方程和方程组定解问题的数字解的方法来解决二维的、三维等问题, 与实验室、实地工程试验相比较, 常常具有花费时间短、费用低、不受外界环境干扰、效率高等优点, 广泛应用于材料机构分析、岩土机构分析、边坡治理、堤坝防护、岩土机构动态分析等。

2. 2 巷道二维机构模型

巷道二维机构模型: (1) 围岩刚性模量, 反映材料在弹性变形阶段内, 剪切应力与对应剪切应变的比值, 取值7. 0 × 106KPa; (2) 内摩擦角取值40°, 该参数作为岩体的两个重要参数之一, 是岩土抗剪强度的重要指标, 从另一面反映围岩的摩擦特性; (3) 内聚力, 反映出构成围岩结构单元之间相互作用, 增强围岩内聚综合效果的参数, 取值1. 7 ×103KPa; (4) 围岩体积模量, 反映材料的宏观特性 ( 物体的体应变与平均应力之间的关系) , 取值7.50 × 106KPa; 模型在围岩自身自重作用下进行变形, 重力加速度取值9. 81m/s2。模型详见图1。

3 围岩支护稳定性分析

3. 1 围岩最大不平衡力分析

在图2 无支护最大不平衡力中可见, 在步数0- 3000, 这一阶段最大不平衡力总体比较小, 平均最大不平衡力是5. 80 × 107KPa, 可见作为围岩结构单元受到各个方向的力, 不稳定, 方向各异, 给巷道维护增加了难度, 开拓巷道在打入锚杆后, 相同阶段里面, 这一阶段的最大不平衡力平均值5. 70 ×107KPa, 可见, 锚杆发挥着悬吊、组合梁作用, 巷道围岩稳定性得到增强, 阻止围岩下沉、垮落。

在图3 中, 在10000 - 20000 步之间, 伴随步数不断增加, 围岩结构单元所受的最大不平衡力逐渐增大, 各个时间点的最大不平衡力以斜率K =4. 64 成线性直线上下波动, 并逐渐上升, 两者进行参照对比, 没有打入锚杆的巷道围岩在步数达到20000 时, 最大不平衡力仍然在上下波动, 但是巷道围岩在有锚杆的支护作用下, 在步数达到20000时, 最大不平衡力已经趋于7. 0 × 107KPa, 煤矿巷道围岩趋于稳定, 锚杆支护作用明显。

3.2围岩支护位移等值线云图分析

从图4 和图5 可知, 距离巷道围岩两帮、拱顶处, 围岩在有锚杆的悬吊作用下, 巷道的顶板及两帮紧紧与较远处围岩相扣, 并且在巷道周围组合成整体的圆弧拱, 减弱了顶板向巷道的位移量, 防止部分围岩冒顶, 减少人员因顶板冒顶带来的伤亡; 在锚杆形成的近似拱外围, 位移等值线基本形成以巷道断面中轴线对称的拱形, 这个与无支护的情况相似; 巷道底部位移梯度变化明显, 而巷道顶部位移梯度变化不明显, 离巷道底部不远处, 位移量比较小, 位移量从3. 28mm ~ 3. 40mm, 主要是底板向巷道鼓起, 在巷道壁与巷道底板交会处位移变化有所减缓。

3. 4 巷道围岩弹塑性区域分布图分析

从图6, 在围岩巷道没有锚杆支护情况下, 围岩弹塑状态可知, Shear - n和Shear - p表明巷道中上部都处于受剪切应力作用而处于塑性状态, 主要是围岩受上部岩层的积压和围岩向巷道变形的影响. 而巷道底板主要呈现受拉应力作用而处于塑性状态, 小部分处于受剪切应力作用而处于塑性状态, 有小部分甚至处于完全的受拉应力而处于塑性状态。

从图7, 在围岩巷道有锚杆支护情况之下, 围岩弹塑状态可知, Shear - n和Shear - p表明巷道中上部主要都处于受剪切应力作用而处于塑性状态, 但是范围已经比没有锚杆支护要小, 又主要是围岩受上部岩层的积压和围岩向巷道变形的影响. 而巷道底板主要呈现受拉应力和剪切应力作用而处于塑性状态, 小部分原来和现在处于受拉应力作用而处于塑性状态, 可见锚杆对围岩巷道弹塑性区域分布有明显的影响。

4 结论

( 1) 与没有锚杆支护的巷道围岩相比较, 有锚杆支护的巷道围岩在较短时间内达到平衡, 围岩较快稳定下来, 并能保持较长时间的稳定。

( 2) 与没有锚杆支护的巷道围岩相比较, 有锚杆支护的巷道围岩顶部位移下沉量明显较少, 围岩下沉强度弱, 有利于巷道的维护。

( 3) 通过巷道支护前后对照, 在围岩巷道有锚杆支护情况之下, 从围岩弹塑状态可知, 巷道中上部主要都处于受剪切应力作用而处于塑性状态, 范围已经比没有锚杆支护要小, 又主要是围岩受上部岩层的积压和围岩向巷道变形的影响. 而巷道底板主要呈现受拉应力和剪切应力作用而处于塑性状态, 小部分原来和现在处于受拉应力作用而处于塑性状态, 可见锚杆对围岩巷道弹塑性区域分布有明显的影响。

摘要：针对贵州煤矿开拓阶段巷道实际采矿地质条件, 为了有效控制开拓巷道围岩的稳定, 按照实际地质条件建立相似数字模型, 分析最大不平衡力、垂直位移分布、巷道围岩弹塑性区域分布等特征, 然后通过向巷道围岩植入锚杆, 再分析以上参数, 并运用矿山压力与岩层控制理论分析巷道围岩稳定性特征, 为此类巷道围岩稳定性分析及围岩控制研究提供指导作用。

关键词：开拓巷道,数字模拟,力学分析

参考文献

[1]徐万军.浅谈我国煤矿锚杆支护技术的现状与发展[J].中小企业管理与科技, 2009, 8.

[2]康红普, 等.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力学与工程学报, 2010, 4.

[3]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.

煤矿巷道锚杆支护应用实例分析 篇6

关键词：煤矿巷道,锚杆支护,应用实例

0 引言

煤炭作为中国主要的利用资源,也是中国经济发展的标志,因此,增强煤矿开采技术安全性、提高煤矿开采率成为煤矿开采的主要目标。但安全问题是煤矿业生产着重解决的问题,为降低煤矿开采中危险性带来的损失,煤矿巷道的锚杆支护技术尤为重要。经过长达50 a多的应用,锚杆支护技术深受技术人员的认可,成为采矿中主要的支护措施。随着矿井开采深度的加深,锚杆支护技术的应用也越来越高级,形式更加多样化,有待于不断改进并探究创新形式,使其具有更高的使用价值。

1 煤矿巷道锚杆支护概述

1.1 煤巷锚杆支护的发展

中国煤矿巷道经过近50 a的长期发展,从起初的木、竹支护,金属楔支护,钢筋支护到锚杆支护逐渐发展而来,也逐渐实现了支护强度由低到高的变化。在此期间,锚杆的材料类型也发生了变化,由钢质、树脂类、水泥锚杆等逐步变化,但随着矿井越来越深,地质越来越复杂,这些难以达到安全标准,新型的高强度、高应力的支护锚杆有待于开发,形成安全性更强、更有保障的支护体系,为煤矿建设的发展奠定基础。

1.2 锚杆支护理论

1.2.1 整体完整性

在巷道浅层中安装锚杆,对周围岩层形成挤压作用,组成简单的稳定围岩的结构,增强承载能力,因而具有一定的承载能力。锚杆支护体系必须保持完整,不能存在破断或局部的损坏,否则容易造成大面积的支护效果失效,此外,适宜地控制好锚杆间距既能增强支护效果又不容易产生结构损坏。

1.2.2 让压性能

锚杆支护本身存在能适应巷道在一定的外部震动变化而转移压力的能力,这种能力称之为让压性能。让压性能可使得支护结构随着外部变化而仍然整体完整,这就要求材料具有较高的延伸率,且锚杆长度不宜太长,尤其是在深井巷道中,经验证明此时支护效果会更牢固。

1.2.3 承载能力

煤矿巷道还要求锚杆支护的承载能力强,不同地质的结构需要的承载能力也不同,适宜地控制锚索预应力及锚固能力,例如,神经巷道的承载能力要求较高,受压变化不大的巷道承载力较小[1]。

2 煤矿巷道锚杆支护技术

煤矿巷道锚杆支护技术需由多个环节共同组成,形成统一完整的体系,主要包括锚杆材料的性质、锚杆的设计方式、围岩地质测试、锚固加固技术等。

2.1 锚杆支护材料

锚固材料直接关系着支护效果,锚固支护技术发展以来,材料也逐渐提高,从低强度的木质支护材料,到具有高预应力的螺纹钢支护材料,锚杆效果也显著提高。除锚固材质外,巷道锚固件的锚固效果也至关重要,为增加与围岩的锚固效果,现常用的锚杆上设置螺纹,同时设置带有螺母的托盘;此外,锚杆的尺寸也逐渐优化,实验证明,选取适宜的横肋高度和间距将提高锚杆的锚固效果。

2.2 锚杆支护设计

煤巷锚杆支护设计时,采用的方式也不是唯一不变的,根据实际地质特点及岩层变化而改变。锚杆支护的效果与其它附属组合构件的匹配度息息相关,设计过程中,组成锚杆的其它构件的匹配也能增加锚固效果,例如高预应力的锚索应选取高强度的螺母、高强度的金属网片,增加低摩擦力的垫片,采用拱形托板减小巷道跨度。

2.3 巷道围岩性质测试

准确、全面、系统地进行煤巷围岩测试分析是锚杆支护设计的基础,同时也能根据周边煤层的稳固程度,岩石的性质、硬度等进行定性分析,以便于应对锚杆支护设计过程中的突发状况。对于发现具有破坏性的部分,测试后分析产生原因,后期锚固采取针对性措施。主要的围岩测试范围包括:煤层强度、岩石分布应力及顶板结构探测,为后期采取支护提供可靠的依据。

2.4 锚固联合注浆加固

对于比较松软岩层的巷道进行锚固支护时,难度较大、稳固性差,同时容易产生碎屑,因此,锚杆支护结合灌浆加固,可以有效增强锚固效果。随着不断引进国外的先进技术,目前中国也采用了利用水泥基高强度粘结材料进行加固破碎岩石,增强稳固性,此外注浆材料还有粘结能力较强的有机材料、树脂、聚氨酯等,根据不同的地质采用不同的材料锚固支护。

3 煤矿巷道锚杆支护的应用实例

3.1 千米深井大巷支护应用

特殊地质的巷道支护要求也更为严格,中国千米深井巷道的典型煤矿是新汶矿区,该矿区存在的高地应力巷道,一直成为支护的难题,即使采用二次加固,也不能保证采矿安全可靠。华丰煤矿-1 150 m大巷,是服务年限较长的永久大巷,巷道埋深1 270 m以上,掘进过程历经泥岩、中砂岩、石灰岩。掘进面积20.96m2,断面形状为拱形,高1.8 m,宽4.5 m,且水平应力较大。支护设计采用锚杆、锚索结合混凝土喷射加固方式,锚杆材质为屈服强度600 MPa的热轧带肋钢筋,直径25 mm,延伸率19%,无纵向螺纹,杆长2.5 m,锁定预应力350 k N,锚杆间距800 mm。喷射混凝土在开挖之后立即施工,暂时防护破碎岩石脱落,随着掘进的进行40 m,支护设置好后再进行二次喷射。

3.2 采空区内留巷支护应用

采空区留巷引发的地质变形破坏,影响回采工作面,因此,设计了采空区的锚杆支护工作,以葛全矿为实验说明该应用。在该矿1422工作面的2号煤层,该工作面穿越四采区,锚固支护采用钢筋托梁并结合锚索增加强度的锚杆锚固方式。该轨道埋深150 m,断面长3 m,宽2.5 m。加固过程分为过上山前进行超强加固,回采工作面过上山巷道旁边支护,及回采剧烈巷道顶板引发下沉进行维修工作。

3.3 松软煤层支护应用

松散岩层的代表性巷道为平庄矿区红庙煤矿,该矿区岩层质地松软、遇水膨胀,导致支护困难,多次进行维修,严重阻碍开采工作。该矿的岩层之间稳定性差、不牢固,开采工作危险,因此采用树脂锚固胶和锚杆结合支护。现阐述红庙煤矿4#矿井的应用,锚杆为左旋无纵筋螺纹钢,长为2.7 m,直径21 mm,锚杆排距800 mm,每排6根,间距760 mm;锚索长22 mm,直径21 mm,树脂端部增加锚固力[2]。

4 煤矿巷道锚杆支护的质量控制及注意事项

4.1 加强锚杆支护构件检测

煤矿巷道锚杆施工过程的质量检测必不可少,施工前,对锚杆的力学性能进行测试,测试锚杆的承载能力,施工过程中,利用声波锚固质量检测仪等设备及时检测预应力,当进行喷射混凝土作业时,及时检测巷道的内部环境是否安全,做好锚杆侧面岩层的维护,利用矿压位移检测系统在井下及时采集数据,进而分析巷道状况[3]。

4.2 控制锚杆支护质量

遵循锚杆支护的实施原则:及时、主动,锚固钻孔时,为便于后期锚固进行调整,可将梁延伸到巷道中,控制锚杆构件的安装质量,例如锚杆尾部的螺纹容易出现脆断,钢材的韧性小,支护工作难以保障。验收锚杆的托板、螺母、锚杆、垫片的质量的合格性,为煤巷的锚杆支护打下良好基础。

4.3 锚杆支护实际应用中的注意事项

锚杆支护工作顺利进行需做到以下注意事项:巷道掘进过程中,时刻检测周围岩层及顶层的变动,避免意外坍塌发生;锚杆材质需进行严格验收,具有较高的抗压承载强度;锚杆支护设计要经过准确的数据分析,时刻进行检测系统,结合实际地质检测结果选取,避免凭经验选用造成开采事故;工作人员需自觉遵守施工规则,锚固时不得偷工减料[4]。

5 结语

煤巷锚杆支护成本更小,能有效控制煤层周边变动,改善开采环境,提高煤矿业的开采效率。但煤巷锚杆支护工作也因地适宜,根据不同的地质采取最佳锚固体系,只有煤矿巷道锚杆支护技术不断进步,中国煤矿行业才能迅速发展,中国的经济基础才能不断提升。仍需不断研究发展新的锚杆支护技术,提高地形勘测及预测能力,推动整个煤矿行业的发展。

参考文献

[1]康红普.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力学与工程学报,2010,29(4):64-66.

[2]刘晓恒.煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与分析[J].煤矿机电,2013(2):71-73.

[3]林健,范明建,汪占领.软岩巷道锚杆支护研究及应用实例分析[J].煤矿开采,2015(3):54-59.

煤矿锚杆支护技术分析 篇7

对于煤矿开采而言, 矿井巷道是其不可或缺的安全措施, 而锚杆支护又是煤矿巷道广泛应用的支护形式, 故其支护质量对煤矿安全生产意义重大。然而在具体实践中, 无论是锚杆支护设计、材质和操作, 还是复杂的地质环境和矿压信息, 均可能对锚杆支护质量构成威胁。因此为确保安全作业、高效生产, 掌握锚杆支护质量的影响因素, 寻求行之有效的控制措施势在必行。

1 煤矿巷道锚杆支护概述

所谓的锚杆支护就是借助锚杆的轴向作用力, 使围岩中一定的岩体应力由单向或双向受压状态转化为三向受压状态, 以此起到提高环向抗压强度的作用, 并同时承受自身重量和部分外部载荷, 进而实现对围岩变形的有效控制[1]。

概括地讲, 煤矿巷道锚杆支护技术自诞生以来, 先后经历了机械式、钢丝绳砂浆、端部树脂、快速水泥等不同的锚杆支护形式, 若从稳定性和支护强度角度出发, 传统的锚杆支护依旧为适用于简单地质环境的被动支护, 直至后来引入了高强度螺纹钢、动态支护设计等新技术、新材料后, 锚杆支护的主动性和稳定性得到了较大改善。而其之所以成为当下煤矿巷道主动有效且应用广泛的支护方式, 在很大程度上取决于其能够主动加固围岩, 提高围岩的稳定性和完整性, 并有效控制围岩裂缝、位移和变形, 同时还具有改善作业环境、降低劳动强度、加快成巷速度、提高断面利用效率等诸多优势[2]。足以见得, 锚杆支护的广泛应用是其发展的必然趋势。

2 煤矿巷道锚杆支护质量的影响因素

虽然锚杆支护优势显著, 效益良好, 但理想目标的实现是以优质的施工质量为前提和保障的。然而结合实践分析可以发现, 煤矿巷道锚杆支护影响因素较多, 质量难以控制, 具体分析如下。

2.1 地质条件

复杂的地质条件决定了作业环境的危险性, 更在无形中加大了锚杆支护的难度。如地应力会随着岩层容重的增大和埋深的增加而变大, 如此一来, 围岩的稳定性会降低, 变形破坏程度会随之严重, 进而影响锚杆支护的效果和寿命;再如高应力、大变形锚杆支护, 虽然可以提供足够的延伸率和冲击韧性, 但随着围岩变形的加快, 往往因难以控制其离层而出现断裂失效。

2.2 断面大小

巷道断面的尺寸和性状对锚杆支护质量也有较大影响, 如若原岩应力不变时, 采用锚杆支护改变围岩应力分布, 用于确保顶板完整。但随着巷宽和巷高的增大, 锚杆会受到越来越大的剪切力, 其中巷顶、帮肩等部位的锚杆受力增大较为明显, 当其超过自身抗剪强度时, 便会出现变形或断裂, 进而出现质量失效[3];此外矩形断面则容易因受压能力不高而对锚杆支护提出更高的要求, 若其施工质量难以达到预定要求便会降低支护效果。

2.3 材质选用

通常, 锚杆支护材质选用对其施工质量有着不容忽视的影响, 如钢材、螺母或树脂材质选用不当, 或螺母丝扣强度、精度不符合要求等, 都会通过影响杆体质量降低支护效果;若锚固剂质量不达标或形成的环形厚度不均匀, 则会降低其与煤岩层的粘接力而影响支护强度导致支护失效;若在大采深煤矿巷道中采用扭矩低于300 N.m的常规锚杆, 往往会因延伸性不足而出现断裂失效。

2.4 锚杆质量

这里提及的锚杆质量主要是指其安装质量, 如当锚杆眼角度控制不当时, 会致使锚固端难以进入预定层位, 进而影响锚杆的悬吊作用;若其眼深超过或小于设计深度, 容易降低锚固力或杆体的预紧力;若锚杆眼内存在积水或粉尘, 则会通过影响锚固剂质量而降低支护效果;而在安装杆体时若方向有误, 或预紧力设置不当、螺母未拧紧, 则会弱化锚杆支护的主动性和可靠性。

3 煤矿巷道锚杆支护质量的控制措施

由上可知, 煤矿巷道锚杆支护质量影响因素复杂多样, 无论是为提高煤矿开采的安全性, 还是为获取更为可观的效益, 均应首先解决锚杆支护质量隐患问题。在此笔者提出了几点控制措施, 并结合实例, 探讨了锚杆支护的应用效果, 希望有助于煤矿巷道锚杆支护质量的提高。

3.1 锚杆支护质量的控制措施

a) 要强化地质特征分析。锚杆支护质量控制的关键在于因地制宜、对症下药, 毕竟复杂的地质特征在很大程度上决定了锚杆支护的方式和工艺, 也是引发安全事故的深层隐患, 这就要求我们借助GIS、摄影测量、矿压监测等高效可靠的技术设备对巷道地质和生产条件加以精确检测和合理分析, 重点包括围岩强度、岩土分析、地应力、采用集中压力、巷道断面等的特点、分布、大小、形状等地质信息, 以此对其有一个全面而科学的了解, 进而为锚杆支护设计优化和质量改善提供有力的数据支持;b) 要优化锚杆支护设计。为进一步提高锚杆支护质量, 就必须做到设计方案切合实际、安全可靠、经济高效, 因此可以搜集整理的地质信息为重要参考, 不断优化支护方案, 如考虑到扭矩力大于400 N.m锚杆预应力有着较慢的增加速度, 故适宜将扭矩值控制在300 N.m~400 N.m范围内;为降低锚杆因延伸率不足而出现断裂的几率, 可将球形让压管设置在托盘与螺母之间, 并使其达到设定的让压荷载值, 以此提升锚杆的延伸率;为强化锚杆支护的稳定性, 则应结合实际情况, 对杆体、钻孔、锚固剂等的匹配方案加以优化, 以此提高支护参数的科学性与高效性, 进而改善支护效果;c) 要严格把关材料选用。鉴于锚杆支护所选材料与支护质量息息相关, 所以必须对材料加以严格检查和控制。具体而言, 锚杆必须带有“MA”标志, 金属杆体的抗拉屈服和极限强度分别大于320 MPa和500 MPa, 延伸率不得低于16%, 且尾部必须为滚丝等加工工艺, 而其螺纹破断力应高于90%的杆体破断力[4];锚固剂的锚固力、凝固时间等技术指标必须与支护设计要求相符;涉及的杆体、钢带、钢筋梁、托盘、垫圈、网等结构、性能和强度必须与锚杆设计相匹配;若强度允许, 建议优先选用玻璃钢或塑料网用于锚杆支护等;d) 要加强安装质量控制。若锚杆支护施工安装存在缺陷, 那么即使设计再合理, 材料再可靠, 也会降低支护质量。这就要求我们严格控制锚杆支护的安装质量, 如针对螺纹钢锚杆支护, 应将其杆体与钻孔直径控制在6 mm~8 mm范围内, 并基于有序安装适度增大树脂锚固剂的直径, 以便提高支护稳定性;为确保锚杆受力均匀以防断裂, 建议尽量增大托盘与螺母的接触面积, 并在安装过程中保持锚固剂与锚杆中心线、钻孔轴线均匀对称[5];同时在将杆体装入锚杆眼时, 应以顺时针方向搅拌, 配以拧紧螺母, 以此增大锚固段密度和锚固力, 并在完成安装后施加高于140N.m的预紧力等, 以此确保锚杆支护安装到位。

3.2 锚杆支护技术的应用实践

a) 煤矿巷道概况。考虑到矩形巷道在煤矿巷道形式中较为普遍, 而且随着煤矿开采工作的不断深入, 断面面积随之扩大, 故在此以大断面矩形煤矿巷道为例, 就锚杆支护技术的应用进行探讨。已知, 该煤矿煤层松软破碎, 局部抗压强度仅有8 MPa, 砂质泥岩和泥岩为直接顶主要构成, 且存在节理裂缝, 伴有软弱夹层;经测量, 水平应力在地应力中占有优势, 且其最大和最小水平主应力分别为13.98 MPa和7.51 MPa;且巷道掘进高度和宽度分别为4.5 m和8.5 m, 其中超宽位置高达10 m;b) 锚杆支护设计。由于该煤矿属于超高煤帮、松软煤层和大断面巷道, 既增大了支护难度, 更对顶板稳定控制提出了更高的要求, 因此基于理论分析和数值模拟, 对其开切眼设计了高预应力结合强力锚杆与锚索的支护方案。其中顶板支护采用长为2.8 m、直径为22 mm的BHRB600左旋无纵筋的螺纹钢强力锚杆, 且杆体拉断力大于300 kN, 配以加长树脂锚固;锚索采用的是长为9.3 m、1mm×19 mm、直径为22 mm的钢绞线;锚索托板可调心, 规格为300 mm×300 mm×16 mm;而采用的W型钢带的宽度和厚度分别为280 mm和4 mm;由于该巷道为二次成巷, 故针对内侧帮设置了可切割、长为2.4 m、直径为20 mm的玻璃钢锚杆, 并结合设计了塑料网护帮;而针对采空区侧帮, 采用的是长为2.4 m、直径为22 mm的螺纹钢锚杆, 以及钢筋托梁结合金属网护帮;其中脱梁为钢筋焊接而成且宽度为80 mm、直径为14 mm, 锚索为加长锚固且长为5.3m, 直径为17.8 mm。具体布置如图1所示;c) 支护质量分析。经规范施工完成上述锚杆支护后, 开切眼的支护状态出现了本质变化, 其中W型钢带保持笔直的绷紧状态, 顶板稳定而完整, 基本不存在变形和离层现象, 而且两帮伴有很小的变形量, 玻璃钢锚杆也无断裂迹象, 由此可见, 高应力的强力锚杆既能对顶板变形起到有效的控制作用, 也有助于降低煤帮压力, 维护煤帮。此外实践证明, 树脂全长预应力锚固支护技术适用于软岩巷道, 高预应力、短强力锚索、全长预应力锚固结合垂直断面布置的锚杆组合技术适用于强烈动压巷道, 树脂加长锚固强力锚杆与锚索的支护组合适用于深部沿空留巷等, 但具体参数和部署应视情况而定。

4 结语

锚杆支护是当下煤矿巷道支护的有效手段和主流形式, 其质量和水平直接关乎煤矿开采的安全与效益, 若不能及时消除或控制其质量隐患, 则易引发安全事故。因此我们有必要对其质量的影响因素加以分析, 并立足实际, 探讨切实而有效的措施以便将质量风险降到最低, 进而为煤矿开采提供良好的作业环境和安全保障。

参考文献

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[2]靳职鹏.煤矿巷道影响锚杆支护质量的因素[J].科技与企业, 2013 (19) :18-19.

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[4]张华昌, 付建军, 卢兴利.煤矿锚杆预应力损失分析及控制对策研究[J].山西建筑, 2008 (36) :11-13.

煤矿锚杆支护技术分析 篇8

关键词：煤矿锚杆支护,现状,发展

0 引言

自1872年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡及1912年德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来, 锚杆支护技术至今已有一百多年的历史。就目前而言, 国外锚杆支护技术以澳大利亚、美国发展最为迅速, 两国锚杆支护比重已接近100%, 其技术水平居于世界前列。

我国于20世纪50年代开始试用锚杆支护技术, 至70年代前期还处于探索阶段, 直到1978年才开始重点推广, 80年代开始向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护, 90年代又向澳大利亚学习引进成套先进的锚杆支护技术, 目前已得到较广泛的推广和应用。在一些矿区的锚杆支护巷道比例达到90%以上, 有些矿井甚至达到了100%, 取得了较好的技术与经济效益。国内现有楔缝、涨壳、倒楔锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚杆、木锚杆、竹锚杆、内涨锚杆、管缝锚杆、树脂锚杆、水泥锚杆、爆扩锚杆、预应力注浆大锚索等十几个系列品种。

由于各种锚杆的构造不同, 锚杆作用机理差异甚大, 国内外大量工程实践证明, 各种不同种类锚杆, 在不同的地质条件下, 有不同的“支护”效果。国内外锚杆支护成功的经验表明, 合理的锚杆支护设计及详细的监测分析, 不仅可保证回采巷道的安全可靠, 而且可取得显著的技术经济效益和社会效益。

1 我国锚杆支护技术发展中出现的问题

1.1 对锚杆支护机理的认识亟待提高

目前, 沿用锚杆的设计方法, 采用悬吊、组合梁、加固拱等理论进行计算, 均是针对一般巷道提出的, 还没有能针对煤巷的特定条件建立符合其特点的支护原理及设计方法, 尤其是全煤及软岩条件下巷道围岩支护设计的要求。因此, 目前的技术标准主要是经验性的, 设计和施工中还有许多盲目性。所以有必要在进一步深入研究巷道围岩矿压显现规律的基础上, 探索锚杆支护理论。

1.2 锚杆与锚固剂的产品质量不过关, 锚杆机具不配套

锚杆的材质、结构与其力学性能紧密相关, 锚固剂的质量指标更是决定支护可靠性的关键。我国煤矿井下使用的锚杆型式很多, 但其强度、延伸率均偏低, 在不能为巷道围岩提供较大的支护阻力的同时, 也不能适应巷道围岩的变形, 易使巷道顶板产生离层或错动。此外, 因使用低性能的锚杆, 不可避免地使每米巷道安装的锚杆数量偏多, 而影响巷道的掘进进尺。

1.3 锚杆机具不配套

锚杆机具性能是决定锚杆安装质量与施工速度的关键。澳大利亚不仅重视研制各种具体用途的锚杆结构型式, 而且极为重视锚杆钻装机的不断研制更新。我国目前虽然电动、风动和液压锚杆钻机都有, 但性能结构不尽合理, 零部件质量和整机性能都急需进一步完善与提高, 至于掘锚联合机组, 更有待进一加紧研制与试验, 以实现掘支平行作业, 提高成巷速度。

1.4 锚杆监测仪器与监测技术需要提高

监测是监督施工质量、保证锚杆支护安全可靠的重要手段。我国十分重视锚杆支护的监测工作, 先后研制出了一些监测与监测仪器 (锚固力测定仪、超声波围岩裂缝探测仪等) , 但性能不高、功能不全, 还未形成系列配套的综合检测技术。另外尽管监测工作已有所开展, 但其所起的反馈和指导作用却难以发挥。这主要是施工和管理人员的理论水平偏低, 对监测的认识不足, 且缺少正确的指导方法。

2 对我国锚杆支护技术发展的展望

2.1 进一步完善锚杆支护理论和技术

锚杆支护有诸多种理论, 但这些理论与实际应用技术的发展适应性较差。所以有必要在进一步深入研究巷道围岩矿压显现规律的基础上, 探索锚杆支护理论。完善煤巷锚杆支护理论, 提高煤巷锚杆形式和参数选择的科学性、实用性是促进采准巷道锚杆技术发展的一个重要因素。为此, 我们要学习先进国家的煤巷锚杆支护的工程监控设计方法, 消化吸收国外先进的锚杆支护理论和设计方法, 结合我国具体情况, 建立适合我国由地质调查———初始设计———工程监测———修改设计的设计方法, 从而提高煤巷锚杆支护设计方法的科学性、实用性。

2.2 发展掘锚新机具

就目前的施工工艺而言, 影响快速掘进的主要因素有两方面:一是掘进机割煤速度;二是锚杆机打眼及安装速度。当前煤巷快速掘进的施工方法为:掘进机割煤——桥式胶带转载机和固定皮带机运煤——敲帮问顶——顶锚杆机打顶眼并安装、帮锚杆机打帮眼并安装, 实现一次成巷, 及时支护。这种方法的主要矛盾是掘进工作面的开机率较低, 一般在30%以下, 支护时间过长, 跟不上机掘速度, 影响单进水平的提高。因此发展掘锚联合机组, 实现“掘支锚一体化”平行作业, 将是加快煤巷锚杆支护单进速度的必要手段。它将是我国煤巷快速掘进的又一发展方向。

2.3 锚杆支护监测技术及设计方法的研究

锚杆支护实施于井下后, 要进行综合监测, 以验证初始设计的合理性和可靠性, 并为修正初始设计提供依据。目前锚杆支护的综合监测内容有:采用十字布点法监测表面位移、采用顶板离层指示仪测试顶板岩层锚固范围内外位移值、锚杆测力计测量锚杆 (索) 锚固端部和全长的工作阻力。日常监测的内容有:锚杆锚固力抽检、顶板离层、锚杆预紧力矩检测。

但在日常生产中, 一些必要的监测工作没有很好开展, 使其应有的作用没有得到很好的发挥。因此, 应在大力宣传的基础上, 进行必要的强制约束, 进一步加强这方面的研究工作, 以保证安全生产。

2.4 矿使用锚杆的经错杆支护人员培训

人是一切工作计划的制定者和执行者, 无论从结构合理、质量上乘的锚杆到性能优良的锚固剂, 还是从灵活高效的锚杆钻装机具到灵敏精密的监测仪器仪表, 都需要人来操作。我国煤矿施工队伍人员素质偏低, 加上监督管理不到位, 往往施工质量难以保证。因此, 重视和加强锚杆支护技术人员和施工工人的技术培训和岗位训练, 必然有助于我国煤矿锚杆支护技术的发展和锚杆支护的普及。

3 结束语

我国煤矿锚杆支护经历了50年的努力探索, 锚杆支护应用范围已扩展到受动压影响的回采巷道、软岩巷道、破碎或复合顶板巷道及工作面开切眼和大断面铜室锚杆支护。锚杆支护技术是一项貌似简单, 实则复杂的系统工程, 影响支护效果与成败的因素很多。所以我们应积极开展地应力测量工作完善我国煤巷锚杆支护理论, 形成科学的实用设计方法, 根据不同的巷道围岩类别, 采用不同的锚杆支护形式完善锚杆监测技术, 经济实用的锚杆钻机, 提高锚杆支护的安全可靠性。只要我们认真对待, 注重研究, 锚杆支护将会迎来更加迅速发展的时期。

参考文献

[1]杨百顺, 张农等.制约我国煤矿锚杆支护发展的问题浅析.煤矿安全.2008年4月.

[2]聂启胜, 贾俊明等.锚杆支护技术初探.煤.第14卷第一期.

煤矿锚杆支护技术分析 篇9

关键词：矿建工程；巷道掘进；锚杆支护

1、引言

矿建工程是我们煤矿安全生产的前提，而巷道掘进又是矿建工程中重要的一环。在巷道掘进中，锚杆支护技术由于其很多独有的优势而受到了广泛的应用。但是，由于这一技术中所涉及的要点比较多，而忽视任一环节都有可能给我们带来安全隐患。基于此，对于矿建工程巷道掘进锚杆支护技术的研究有着较强实践指导意义。

2、作用原理

所谓锚杆主要是指在巷道围岩体内安置的杆状锚栓体系。在我们巷道掘进之后，会在围岩中钻锚杆眼，并把锚杆安置到锚杆孔之中，这样就很好的起到了加固围岩的作用，进而对巷道的稳定起到维持的效果。一般来说，锚杆支护的作用原理可以分为以下几个方面：

（1）悬吊作用，这主要是指利用锚杆将快于冒落的软弱岩层及围岩悬吊到岩体之上，进而利用锚杆来承载弱岩和围岩的重量。

（2）组合梁作用，这主要是把平顶巷道层状顶板当做叠合梁，而这种叠合梁是以巷道两帮当作支点的，由于荷载的作用，每一层板梁都会各自弯曲，其上下缘将分别处在受压及受拉的状态。我们通过使用锚杆把板梁压紧以后，由于荷载的作用，则类似于一块板梁的弯曲，这就很好的提升了板梁的抗弯强度。

（3）挤压加固拱作用，通过在巷道周围进行锚杆的布置，可以很好的将巷道拱部节理发育的岩体进行连接，这样就在形成了一个具有很好自承能力的拱形压缩带，进而使围岩作用在支架上的荷载转变为了承载结构，最终对顶板压力级自身重量起到了很好的支承作用。

（4）减跨作用，这主要是指通过锚杆能够对力拱的跨度及高度进行有效地减小。举例来说，我们在巷道跨中安置一根锚杆，这就类似安装了一根支柱，这样就把以前的一个拱分成了两个。如果我们安置三根锚杆就相当于将以前的拱分成了四个。

（5）围岩补强加固作用

一般来说，位于巷道深处围岩中的岩石会处在三向受力的状态，靠近巷道周边的岩石会处在二向受力的状态。而前者的强度会比后者大很多，所以，后者特别容易出现丧失稳定性的问题。我们利用锚杆的安装，可以将围岩部分变为三向受力的状态，这就很好的提升了强度。另外，通过锚杆我们还可以对岩层弱面的抗剪强度进行有效的提升，进而增强周边围岩的稳定性。

3、参数确定

在我们当前的工作中，对于锚杆支护的参数确定，一般来说，主要方法有以下几种：

（1）悬吊机制和其围岩条件，锚杆的主要作用是把下面不是很稳定的岩层机型悬吊进而起到稳定的作用，这在个过程中，下部不稳定岩层的重量是其承受的主要荷载。其中，最有代表性的为顶板上部 1 —1. 8m 位置存在着一厚层的较为坚固的岩层，而下部则是层状的、比较弱的岩层。

（2）组合梁机制和其围岩条件，如果岩层是不存在坚硬厚层的薄状岩层，利用锚杆可以挤紧叠合梁的各薄层，这样就很好的提升了其自撑能力。而组合梁相较于叠合梁而言，应力每降低（ n —1）倍，其挠度则会降低（ n?—1） 倍。

（3） 三铰拱机制和其围岩条件，在块状围岩之中，锚杆可以用来悬吊危石，并将其挤紧，这样就产生了和三铰拱稳定结构类似的情况，对于将其加固为承载荷载能力较强的整体架构比较有利。

（4）组合拱机制和其围岩条件，这主要是对点锚固形式的锚杆的预拉应力加以利用，然后产生一种以锚杆两边最为顶点的算盘珠式压缩区。假如将锚杆依照合理的距离并沿着拱形断面进行安装，就可以形成一个很好的压缩带，进而可以很好的帮助应力往两帮传递。

4、设计方法

4.1当前锚杆支护设计方法的不足

在当前的工作中，我们常使用的锚杆支护设计方法主要可以分为理论分析法及工程类比法，这两种方法在我们的工作中尚存在着很多不足之处，这些不足主要体现在一下两个方面：

首先，我们在设计锚杆的时候，所使用的基础参数取自于巷道周边的一些点的平均值，但是所设计出来锚杆的适用范围确实整个巷道。这就必然存在一些巷道和设计参数不符的情况，比如过高或者过低，不仅会在一定程度上造成了浪费，也会在一定程度上导致局部的冒顶事故。

其次，在我们设计锚杆支护的时候，由于所使用的参数缺少一个很好的量化评定指标，这就使得这一参数缺乏科学性。

这两种问题导致了锚杆的设计及使用存在着一些弊端，基于此，我们需要一种更加可靠的锚杆支护设计方法以保证锚杆使用时的可靠性。

4.2全线信息跟踪设计方法

这种方法具有很多当前方法中不具备的优点，它是现代信息技术与设计理念的完美结合。一般来说，这种设计方法的步骤如下：

首先，对各种地质数据进行全面的分析，而不是简单地取平均值，然后把这些数据分为最差条件及最佳条件。

其次，采取工程类比法对锚杆的初始参数进行确定。

第三，进行多次现场实测，以获取支护、应力以及同岩相互作用的结果。

第四，结合实测信息，对支护效果进行评价。

最后，根据评价，利用计算机对锚杆的支护参数进行重新设计，并对已支护部分的设参数进行合理的调整。

相较于当前使用的设计，方法全线信息跟踪设计方法具有很强的针对性，而且其设计的可靠性要高很多。另外，这一方法能够对巷道顶板围岩稳定性进行很好的预测，不仅对于实现科学管理和保证工程质量比较有利，也很好的简化了设计基础的采集工作。

5、施工与检验

5.1锚杆支护的安装

对于锚杆支护的安装工作，主要可以分为钻锚杆眼及安装锚杆这两个部分。在锚杆支护安装之前，我们要依照其布置设计的要求，利用巷道中腰线将锚杆的眼位进行标出；在打眼的过程中，要注意眼位、眼深以及角度等，确保他们符合我们的施工要求；打眼工作完成会后，我们就可以进行锚杆的安装。

5.2锚杆支护的检验

我们进行这一试验主要是确保锚杆安装的质量，一般来说，在这个过程中，要注意做好以下几个细节：

（ 1） 锚杆的长度和锚杆孔深度应该是一致的，如果锚杆孔比较浅或者比较深都会给我们垫板及螺冒的安装产生困难。一般情况下，锚杆最好比金属楔缝式锚杆孔的深度长50 mm到70，而对于倒楔式锚杆孔，则要长100mm到120mm。

（ 2） 在锚杆孔直径确定的过程中，要保证其和锚杆直径一致。

（ 3） 对托板进行安装的过程中，做好把岩面找平，这样对于岩棉及托板的全部接触比较有利，进而使托板的受力比较均匀，能够很好地提升其承载能力。

（ 4） 对于螺帽的安装，我们要用扳手将其拧紧，这有助于杆体产生比较大的预应力。

（ 5） 做好对锚杆质量的检查工作。这一工作主要是指对锚杆孔直径、间距、眼深、螺帽的拧紧程度、排距以及锚固力做好检查工作。

6、结语

锚杆支护是一种有效地且发展前景很大的技术，在矿建工程巷道掘进中必将会有更宽广的应用。本文只是对这一技术进行了简要的分析，要想做好这一工作还需要我们不断地研究和探索。笔者相信，随着这一技术的不断发展，它也将会给我们的矿建工程提供更大的助力。

参考文献

[1] 赵振广，李京玲，胡淞淋，李大华. 玄筋锚杆在井巷工程支护中应用的设想及若干建议[J]. 科技创新导报， 2010，（29） .

[2] 韩振鹏，夏志锋. 锚杆锚索联合支护技术在煤矿井巷中的应用[J]. 中州煤炭， 2010，（10） .

[3] 刘团结， 王建刚. 矿建工程巷道掘进锚杆支护技术[J]. 企业导报， 2010，（09）

煤矿锚杆支护技术分析 篇10

1 联合支护技术应用情况

(1) 永久性巷道的煤 (岩) 巷采用锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护。二水平改扩建井巷施工中, 锚杆采用Ø20 mm×2 000 mm等强树脂锚杆, 间排距均为700 mm, 其外露不超过50 mm;锚杆托盘为10 mm厚的钢托盘, 托盘紧贴煤岩面, 锚杆角度与巷道轮廓线或岩层层理面夹角≥75°;金属网使用2 200 mm×900 mm金属网片制成, 上下、前后压平齐, 金属网搭接100 mm, 并用托盘压紧, 锚杆托盘螺帽必须上紧, 顶锚杆锚固力≥105 kN/根, 帮锚杆锚固力≥64 kN/根;锚索为Ø17.8 mm×6 500 mm, 间排距均为1 500 mm。在巷道掘进中使用锚杆、锚索、金属网支护, 提高了掘进工效, 节约了材料消耗, 降低了工人的劳动强度, 达到了安全高效掘进的目的, 为回采工作面的提前安装提供了有利条件, 保证了综采工作面正常安全接替。锚杆、锚索、金属网联合支护, 简化了回收程序, 减少了作业量, 同时节约了工时和材料成本, 确保了安全高效生产。

(2) 回采巷道使用锚杆、锚索、金属网联合支护。回采巷道较永久性开拓掘进巷道使用锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护为晚。由于在二水平改扩建中, 施工的井巷工程大部分使用锚网喷支护技术, 随着改扩建工程采深的增加, 矿井周围矿压影响大, 延深施工矿压渐渐增大, 深度开掘巷道仅利用锚杆、金属网喷浆支护无法满足现代化安全生产需要。为此引进了锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护技术, 加强巷道支护。锚索规格Ø17.8 mm×6 500 mm, 间排距均为1 500 mm。经拉力试验, 锚索张拉预动力不小于120 kN, 锚索外露不大于350 mm, 喷浆支护使用的喷浆料严格配比, 配合比为水泥∶河沙∶石子=1∶2∶2.5, 掺入3%～5%的速凝剂, 并搅拌均匀, 喷浆厚不小于100 mm, 局部不小于90 mm, 喷浆前对巷道进行整型, 冲洗巷壁。喷浆后洒水养护并打好检查孔, 确保孔深不低于150 mm, 且巷道表面平整密实, 墙基无裸露。严格按质量标准施工, 井巷工程优良品率达到了省部级标准。采用锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护技术, 使七矿的开拓掘进水平迈上了一个新台阶。

(3) 联合支护技术在丁戊六轨道上山上车场、绞车房及回风道、己四轨道等巷道中的推广应用。巷道支护每排13～15根锚杆, 顶板每排7～9根, 两帮每排各2～3根锚杆, 并配用锚固剂。顶锚每个锚杆孔用4卷药卷, 帮锚每个锚杆孔用3卷药卷, 锚固剂锚固强度不小于60 kN, 每30 m对施工锚杆做1组拉力试验, 每组5根, 锚固力不小于120 kN/根, 锚杆间排距为700 mm±50 mm, 锚杆外露30～50 mm, 锚盘紧贴岩面或煤壁, 顶板和两帮每排铺挂2片3 000 mm×1 000 mm或2 400 mm×900 mm的金属网。顶板加打2～3根锚索, 锚索基本垂直于岩面, 每个锚索孔用5卷锚固力药卷, 并搅拌均匀, 锚索打完后必须及时张拉, 锚索张拉预应力不小于200 kN, 锚索盘紧贴岩面, 锚索端部必须加设铁丝而且受力均匀。喷浆时按配合比例搅拌均匀, 配合比为水泥∶沙子∶石子=1∶2∶2.5, 金属网铺平齐、速凝剂掺入、喷浆工艺技术要求与以上相同。

2 联合支护应用的优越性

随着井巷往深部延伸, 多数巷道承受压力明显增大, 雨季顶底板涌水量增大, 地温升高, 瓦斯涌出量大, 使井巷支护存在很多安全隐患。丁戊六采区胶带运输巷、轨道下山、己四采区通风下山、轨道下山等巷道, 投入使用15 a来, 巷道下沉、帮顶脱皮离层、底板鼓起, 两帮挤压变形, 巷道断面缩小, 顶板淋水, 锚网、喷浆层脱落等现象相当严重, 不仅影响了运输、行人, 还影响矿井的通风, 给矿井的安全生产带来严重影响。为此, 七矿及时制订整修方案, 对失修严重的巷道进行二次支护, 投入大量的人力、物力、时间, 对主要运输、通风巷道变形严重地段进行扩修、翻修, 但重新架设29U或36U可缩金属支架, 不仅费力、耗时、耗材, 也有很多安全隐患。

通过分析锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护在二水平施工中存在的安全问题, 结合丁戊六轨道延深技术改造的实际情况, 技术人员根据地测部门提供的巷道地质结构图、顶底板特性、地温梯度、水文构造、巷道瓦斯含量、巷道服务年限、巷道布置及受邻近矿压影响情况等资料, 进行深入研究, 开展科技攻关。对使用的Ø20 mm×2 000 mm锚杆、Ø15.24 mm×5 500 mm锚索、喷浆支护和Ø22 mm×2 200 mm锚杆、Ø17.8 mm×6 500 mm锚索支护、喷浆支护与29U型钢梁加4～5节大拱形金属支架等几种支护的性能、强度、成本等各项技术参数进行对比, 选择最优支护的锚杆规格为Ø22 mm×2 200 mm、锚索规格为Ø17.8 mm×6 500 mm, 用新型树脂锚固剂和喷射混凝土支护材料进行联合支护。该支护方式易施工, 性能好, 材质好, 强度高, 可以减少二次投入, 为平煤七矿丁戊六轨道延深改造的开拓掘进巷道快速高效施工提供了安全保证。

3 在大埋深巷道中的使用效果

通过反复进行拉力及预应力试验, 平煤股份七矿确定在丁戊六、己四轨道延深改造井巷工程中使用Ø22 mm×2 200 mm等强树脂锚杆, Ø17.8 mm×6 500 mm锚索、新型树脂药卷, 规格为2 400 mm×900 mm和3 000 mm×1 000 mm的2种金属网进行联合支护。其中, 锚杆托盘为厚8 mm的碟形钢托盘, 锚索托盘使用15 mm×60 mm×270 mm长方形钢板, 托盘与锚杆、锚索配套使用, 用P.O42.5R硅酸盐水泥、粒径5～10 mm的青石子等材料进行喷浆支护。经过一段时间观察, 巷道顶板和两帮位移速度≤1 mm/d, 满足了丁戊六轨道延深进行技术改造的需要。

在丁戊六轨道技术改造井巷工程中使用高强度、高性能、材质好、经久耐用的锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护技术, 近5个月开拓掘进施工井巷工程570 m。使用这样先进的联合支护技术, 提高了对开拓掘进巷道工程的支护强度, 达到了安全高效的支护效果。由于在施工过程中严格按高标准要求施工, 进行科学管理, 施工的570 m巷道按高标准验收全部合格, 超过计划进尺130 m, 节约资金100余万元, 保证了安全快速施工, 取得了良好的经济效益, 为七矿的安全发展和“五优”矿井建设打下了坚实的基础。

4 结语

经过不懈努力、不断探索, 锚杆、锚索支护不但在开拓掘进井巷工程中得到很好的应用, 且推广应用到大断面、深埋深开采巷道和回采工作面, 在安全生产中发挥了很大作用。新回采工作面搬家、开采, 老综采面收尾回收时的顶板和煤壁支护均采用锚杆、锚索、金属网联合支护代替原Ø180 mm×3 500 mm圆木打木柱, 200 mm×200 mm×1 500 mm方木打木垛、4～6 m长的11#工字钢金属支架支护切眼帮顶支护。通过在综采工作面推广使用联合支护技术, 大大减少了钢材和木料的投入, 每次回采, 工作面收尾搬家可节约资金25万元以上。减轻了工人的劳动强度, 也缩短了工期, 提前生产原煤3万t, 实现了快速顺利高产稳产, 减轻了回采工作面的压力, 同时消除了煤自燃隐患, 经济效益和社会效益明显。七矿自采用锚杆、锚索联合支护技术以来, 连续2 a实现了安全年无事故, 有力地促进了煤矿的安全健康发展。

摘要：平煤股份七矿二水平改扩建过程中施工的井巷工程, 大部分使用锚网喷支护技术, 随着采深的增加, 延深施工矿压渐渐增大, 深度开掘巷道的支护难度加大, 原有支护已不能满足施工要求, 必须采取新的支护形式。为此, 七矿引进了锚喷支护技术, 采用锚杆、锚索、金属网、喷浆联合支护对巷道进行加固。分析了联合支护技术应用条件, 严把施工关, 在大埋深巷道的施工实践中取得了良好效果, 促进了煤矿的安全生产。