對當前煤礦錨桿支護技術的探討

文杰（晉煤集團趙莊煤業有限責任公司，山西長治　046605）

對當前煤礦錨桿支護技術的探討

文杰
（晉煤集團趙莊煤業有限責任公司，山西長治046605）

摘要：近年來，煤礦巷道支護技術得以快速的創新及發展。錨桿支護不僅具有懸吊的作用，甚至還能夠利用預應力的擴散以及預緊力的高強度施加，與圍巖共同構成支護體，繼而將圍巖自身能承受的能力予以充分的調動。鑒于此，詳細論述了錨桿支護的本質含義和基本作用機理，并闡述了設計錨桿支護的方法及相關的應用軟件。

關鍵詞：煤礦；錨桿支護；基本原理

通常而言，煤礦生產中的巷道支護基本上已經歷經了由棚式支護逐漸發展為錨桿支護的一個過程，錨桿支護有著非常明顯的優點，從總體上來看主要涉及以下幾方面：對實際的作業環境予以顯著改善，大大降低作業成本，減輕工人的勞動強度，更好地保證生產的安全性，促使支護效果得到大幅度提高，從而快速推進采煤相關工作的順利展開。

1　分析錨桿支護的本質含義

錨桿支護所包含的本質指的主要是利用錨桿來對巷道淺層進行一定的加固，實現穩定承載結構的形成。該本質主要涉及三方面的含義，具體表現如下。

其一，在整個服務期間，錨桿進行加固的結構需要始終保持充分的完整性，應該嚴格避免出現局部的泄漏或者大面積的網兜等現象。

其二，在支護中形成的承載結構應該有符合相關要求的承載力，這應該通過承載結構內壓應力的實際大小、承載結構的不同厚度以及預應力的擴散有效面積來最終實現[1]。例如，留巷的巷道應該具有相對比較大的承載能力，動壓的巷道相對留巷來講需要的承載能力比較小，而靜壓的巷道是最小的。

其三，承載結構應該有著能夠適當讓壓的內部煤層體，有著猶如一堵堅固的墻的支護承載結構，當發生煤巖體的深部來壓時，支護承載結構能夠適當地向外推出整體的承載結構。然而，承載結構具有的完整性應該保持，不能被破壞，否則會導致支護結構的失效，進而引發冒頂片幫方面的事故。所以，錨桿在動壓比較強烈的巷道當中切勿有過長的錨桿，不然會導致錨桿的斷裂。

2　分析錨桿支護的作用機理

比較傳統的錨桿支護相關理論主要包括加固拱、組合梁和懸吊等，在實際的生產實踐當中應該起到積極的促進作用，但是難以避免的存在諸多的局限性。根據復雜的圍巖情況，應該將強力錨桿支護的相關理論提出，要點主要包括以下方面。

（1）錨桿支護的作用主要表現在對錨固區的圍巖的裂隙張開、離層、產生新裂紋以及滑動等破壞和變形的控制，使圍巖的受壓狀態得以最大限度的保持，從根本上避免圍巖拉伸、變形彎曲以及剪切破壞的產生，加強圍巖的完整性，提高圍巖的穩定性和強度。

（2）應該在錨固區之內形成比較大剛度的次生的錨桿承載結構，抑制外巖層的離層，對深部的應力狀態予以有效改善。

（3）預應力的擴散對支護有著非常重要的效果，錨桿的單根預應力有著非常有限的作用范圍，應該將預應力利用鋼帶、金屬網以及托板等各種構件進行更遠擴散。

（4）支護系統具有的剛度是非常重要的，尤其是預應力。在支護設計的過程中，按照圍巖的實際條件進行是極其關鍵的，因為預應力會直接關系到錨桿的強度。

（5）在較復雜的巷道中，應該運用運用強力錨桿組合以及高預應力支護系統，還應該保持支護系統具有的延伸性。

錨桿所具有的作用主要能夠表現在兩個方面：一方面是連接深部圍巖與次生的承載結構，對承載結構的穩定性加以提高；另一方面是對錨桿施加相對較大的預緊力，對巖層當中的節理裂隙以及層理等不連續的層面進行壓密以及擠緊，增強各個不連續面間具有的抗剪能力，對整體圍巖的強度進行有效地提高。此外，應該盡可能實現一次性支護錨桿，防止圍巖的破壞以及變形，盡量防止第二次支護與維修巷道[2]。

3　分析錨桿支護的相關原則

錨桿支護的設計主要針對的是運用錨桿臺車支護以及掘機掘進的支護設計的巷道，在實際的設計過程中應該遵循的支護原則主要包含下述幾點。

（1）可操作性的原則。目前，錨桿支護的相關工藝運用的是比較成熟的礦上操作工藝，盡可能將目前支護的工藝進行最少的改變，有效保證實際施工的快速、安全。

（2）強力一次支護的原則。通常來講，巷道的支護運用的基本是強力一次支護以及高預緊力的技術，一次支護能夠保證對圍巖變形的控制，能夠在很大程度上滿足使用巷道的相關要求，防止二次支護以及維修，提高錨固整個系統的剛度，對支護區范圍進行適當的控制，加強錨固區防止變形的能力，提高錨桿與錨索之間的強度，應該保證巷道的安全，在此基礎上減少錨桿的密度，降低單位面積的錨桿數量，在支護設計方面來加大成巷的速度。

（3）經濟性的原則。應該保證支護強度的安全性，還應該有效節約巷道的成本，有效提高煤礦當中的經濟效益。應該有效增強組合構件的剛度和強度，因為有著逐漸降低的錨桿密度，由此會增加錨桿之間的距離。為了能夠對錨桿間的煤巖體的破壞、松散以及變形加以控制，應該提高金屬網的剛度和強度。布置錨索以及錨桿與選擇參數時應該對煤礦的實際情況進行充分的考慮，應該對錨桿支護的密度進行盡可能的減少，對掘進的速度進行有效的提高；將錨索錨桿的預緊力大幅度提高，增強錨索錨桿控制圍巖的離層以及擴容能力，保證煤巖體的承載能力與完整性，防止圍巖的變形。

4　設計錨桿支護的方法——動態信息設計方法

動態信息設計法包括兩個主要的特點，也就是信息性和動態性。第一，不可能一次完成設計，這屬于一個動態的過程；第二，在設計時，應該對提供的相關信息進行最大限度地利用。這個設計方法主要包括五個部分：對試驗點進行調查，評估地質力學；進行初始設計；監測井下情況；反饋信息與修正設計；日常的監測。相關的實踐表明，初始設計錨桿支護時所采用的計算數據都是較為可行的。

現階段，離散單元法軟件UDEC和有限差分軟件FLAC是應用效果相對比較好的計算程序，具體的設計步驟為：

（1）按照通風的實際要求、設備的具體尺寸以及巷道圍巖變形的預留量來對巷道斷面的尺寸以及形狀進行科學合理的設計；

（2）按照巷道的實際條件，對邊界條件和模擬的范圍進行確定，進而模擬出支護構件與圍巖的相關模型；、

（3）確定出相應的模擬方案，通常包含不同支護長度、密度、預緊力以及密度的支護、有無錨索、無支護等防范；

（4）對錨桿的直徑、預緊力、密度以及長度等各種參數進行分析，確定出這些參數對于支護的影響，最終對最優的支護方案予以確定[3]。

5　適宜的設計軟件

在對錨桿支護進行初始的設計時，所運用的數值計算的軟件應該對影響圍巖破壞以及變形的各種因素進行充分考慮，再從眾多方案當中選擇最優的。然而，這樣的設計方法有著相對比較深厚的力學以及數學基礎，對于錨桿桿體的力學性能應該滿足如表1的要求，還應該掌握計算機方面的技術，相關技術人員往往很難做好上述工作，因此，應該使用專門的一些設計軟件，如北京開采研究所開發的支護設計軟件。

6　結束語

綜上所述，隨著我國在煤礦方面的不斷研究以及實踐，已經在煤礦方面逐步形成具有特色的錨桿支護技術體系，在實際應用過程中大量的難題已經得到了有效解決，促使我國煤礦行業的經濟效益以及社會效益得以顯著提高。

表1　錨桿桿體的力學性能分析

參考文獻：

［1］王紅敏.探討煤礦錨桿支護技術的現狀與發展［J］.能源與節能，2013（12）：11-12.

［2］鞠文君.我國煤礦錨桿支護技術的發展與展望［J］.煤礦開采，2014（6）：42-43.

［3］張大才.煤礦礦建工程巷道錨桿支護技術的關鍵因素研究［J］.建筑工程技術與設計，2014（23）：12-13.

(編輯：王智圣)

Discussion on Current Coal Mine Anchor Supporting Technology

WEN Jie
（Shanxi Coal Group Zhao Zhuang Coal Industry Limited Liability Company，Changzhi046605，China）

Abstract:In recent years, the technology of supporting technology in coal mine is developing rapidly.Anchor bolt plays the role of suspended, and by using prestressed diffusion and pre tightening force high strength applied, forming a support with surrounding rock, and then the rock itself withstand ability can be fully mobilized.In view of this, this paper discusses the essential meaning and basic mechanism of the bolt support, and expounds the design method and application software of the bolt support.

Key words:coal mine；bolt supporting；basic mechanism

作者簡介：文杰，男，1984年生，山西運城人，大學本科，助理工程師。研究領域：采煤。

收稿日期：2015－04－30

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.051

中圖分類號：TD35

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 (2015 ) 08－0179－02