煤礦大斷面巷道支護技術的分析

孫中博

摘 要：分析了煤礦大斷面巷道掘進中錨桿支護理論及影響巷道支護效果的因素，闡述了對其控制的一些措施。

關鍵詞：大斷面巷道；掘進；錨桿支護；圍巖

在我國煤炭開采中，井工開采占主要部分。為滿足安全生產需求，需施工大量巷道。隨著煤礦機械化程度提高、開采強度的加大，為保障通風、運料及行人安全等，對巷道的斷面的要求越來越大。錨桿支護作為一項技術先進、經濟合理的支護技術，支護效果好、成本低又能減輕勞動強度等諸多特點為大斷面掘進支護提供了技術保障。但隨著開掘的深度加大，加之受采動的干擾，及沿空掘巷等復雜巷道的要求，現有的錨桿支護系統亟需改進以適應現階段大斷面巷道開掘的需要。

1 傳統的錨桿的支護理論

錨桿支護理論的研究是了解錨桿與圍巖的相互關系，分析巷道變形與破壞的特征和規律，為巷道支護設計提供理論依據。傳統的錨桿支護理論主要有以下幾種：

（1）懸吊理論。該理論認為錨桿支護的作用是將由于開掘擾動等造成的不穩定的巖塊懸吊在上部穩定的巖層中，用錨桿來承載巷道破碎圍巖的重量防止其冒落。

（2）組合梁理論。該理論適用于層狀巖層，將頂板看作是由巷道兩幫為支點的疊合梁，通過錨桿提供的軸向力作用約束巖層產生離層，增大各巖層間的摩擦力，同時錨桿桿體提供的抗剪力阻止巖層間產生相對滑動，從而將疊合梁轉化為組合梁。

（3）組合拱理論。該理論認為在松散、破碎的巖層中施工錨桿，只要錨桿密度合適，各錨桿形成承載結構互相重疊，就能在巖體中生成一個連續的、具有一定自承能力的均勻壓縮帶。它可以承受破碎區上部巖石的載荷。

（4）其他理論。隨著錨桿支護理論的不斷研究發展，國內專家學者們對其作用機理做了大量的研究和探討，根據地質條件及構造等因素的異常而使得錨桿的作用機理不同，從而提出了松動圈支護理論、最大水平應力理論、圍巖強度強化理論等。

2 大斷面巷道錨桿支護現狀分析

現有的錨桿支護理論在井工開采巷道支護實際施工過程中解決了不少的難題，在一些相對地質構造簡單的地區還在沿用作為其支護設計的理論依據。近年煤礦開采的深度及強度不斷增加，為滿足大型機械化、通風及行人，巷道斷面不斷增大，傳統的支護技術在高應力地區大斷面復雜巷道中支護效果差，在一些地區巷道圍巖嚴重變形，甚至有些巷道需要二次支護整修才能滿足生產需要，大大增加了支護成本，降低了企業的經濟效益。造成這種現狀的原因如下：

（1）大斷面中的支護理論是以現有的理論為支撐，進行的簡單相應支護強度增加。煤礦煤系地層具有復雜的地質條件，造成巷道圍巖穩定性差、圍巖變形和圍巖破壞強烈的機理也各有不同。在巷道支護設計時對錨桿作用機理認識不深僅憑經驗，缺乏科學的理論依據，盲目的采用工程類比法，可靠性、合理性及科學性差。

（2）地質預測預報不完善導致支護設計缺乏科學合理性。地層中煤巖體受多種地質條件影響從而形成一個復雜的平衡狀態，在巷道布置與設計初期，煤礦設計部門對圍巖受力狀態不是充分了解，很少采用技術手段對不同地區的圍巖強度、圍巖結構、最大剪應力方向及層理構造等進行測試，對一些圍巖狀態不能及時采取針對性措施，從而增加了支護難度，降低了圍巖的支護效果。

（3）在實際錨桿支護施工過程中，受現場作業條件、錨桿機具、施工工藝流程、操作人施工質量等影響，錨桿支護強度很難達到要求。如根據作用機理不同巷道頂部兩端及底部錨桿施工要求一定的角度，現場施工中角度與設計偏差較大影響其抗拉抗剪作用；托盤作為錨桿支護中的重要構件，對支護作用的發揮有很大影響，若不按設計要求，受較大偏載或與煤壁表面不緊貼等都會使錨桿支護作用大大折扣，使錨桿不能“主動”發揮作用，減弱對巷道圍巖的抑制作用。

3 大斷面巷道支護改進方向的建議

（1）選擇適合的支護理論。錨桿支護是現階段大斷面巷道支護最有效的支護方式。懸吊理論、組合梁理論等傳統的錨桿支護理論都是基于某種假說為基礎，懸吊理論沒有考慮錨桿的抗剪能力及對破碎圍巖體整體強度的改變；組合梁理論只適合于層狀頂板等等，這些理論都存在一定的局限性，不能適應井下復雜多變的地質條件。支護理論的選擇要弄清施工巷道地區的巖性特征，圍巖體的應力特性，經過大量的理論分析、數值模擬及試驗認識錨桿的作用機理。

（2）加強地質預測預報。影響巷道支護效果的地質條件是復雜多樣的，巷道在開掘過程中，地質構造、巖體的層理都在不斷變化，造成圍巖變形破壞的因素也是多種多樣，我們應根據巷道圍巖特性的變化而采取不同的支護措施，從而達到預期的支護效果。

（3）減少人為因素多巷道支護效果的影響。首先要完善和發展配套的錨桿施工機具，提高錨桿支護的預緊力，只有高的預緊力才能充分發揮錨桿的支護作用，從而變“被動”為“主動”。有利于巷道圍巖變形控制，盡量保持圍巖的完整性，充分發揮圍巖的自承能力。再者要優化施工工藝，對巷道頂幫第一時間進行支護，減少空頂空幫時間。最后要加強職工的基本素質培訓，通過課堂講解使工人了解錨桿支護機理，認識到錨桿施工質量對巷道支護效果的重要性。從而在現場操作過程中，自覺的按照支護設計要求施工，提高錨桿的支護作用。

（4）創新錨桿支護技術。通過對新技術的學習，施工工藝的改良，設備的更新來不斷完善和發展錨桿支護技術。

參考文獻

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