煤礦礦建工程巷道錨桿支護技術探討

熊宇峰

（太原華潤煤業有限公司原相煤礦，山西太原 030000）

0 引言

煤炭是我國重要的能源之一，因此煤炭的生產一直被社會大眾關注。煤礦開采巷道的穩定性決定著煤炭開采的安全和效率，在巷道掘進作業中，尤其是破巖和支護，必須保證巷道的穩定性和周邊圍巖的牢固性，可靠的支護方式是提高巷道安全性的保障，不斷提高支護的技術水平并創新是很必要的。有些地區的煤礦開采地質條件相對復雜，給采場和巷道支護造成影響，需要結合煤礦企業的自身發展做出調整，以控制成本。本文對采用錨桿支護巷道的技術進行了詳細的闡述，錨桿支護能夠提高巷道的穩定性，降低煤炭開采的成本，因此有一定的推廣意義。

1 錨桿支護技術的概念

傳統的開采通常使用的支護技術為棚室支架，當前發展的支護方式為錨桿支護技術，這種技術的優點是能夠提升巷道的整體支護效果，并保證巖體的穩定和整體性。如果在掘進的過程中發現部分巖石不穩，就可以采用錨桿進行懸吊加固，在錨桿技術的應用過程中需要使用錨固劑以及托板等構件，將錨桿與周邊的巖層結合起來，形成一個穩定的支護系統，提高采煤工作面的穩定性和開采效率。相比較于棚室支架支護技術，錨桿技術能夠節約支護成本，提升穩定性。

2 錨桿支護的作用

2.1 加固拱

煤礦井下的拱頂巷道數量較多，通過錨桿的軸向作用，在巷道圍巖的內部能夠形成拱形的壓縮帶，在這樣的情況下，圍巖的應力狀態就會被改變，從雙向受壓或者單向受壓的狀態變成三軸受力的情況，這種狀態能夠加強環向抗壓的強度，讓壓縮帶承受自身的重量，也能夠讓壓縮帶承擔外部的荷載。

2.2 受力體系轉移

通常開采過程中開挖出來的巷道存在老頂堅固而直接頂比較薄弱的情況。這時采用錨桿結構就能夠將直接頂中不太穩定的巖石結構的受力傳遞到老頂上去，提高直接頂的整體穩定性。這樣錨桿承擔了來自圍巖的重量，加強整個巷道頂部的整體性。

2.3 錨桿支護在煤礦中的應用

根據采煤的要求，回采的巷道一般采用矩形斷面，在采掘作業面上通常設置切眼來方便才沒設備的安裝，因為采煤的設備越來越大，因此開切眼的斷面也會相應越來越大，為了確保采掘過程中巷道的穩定，就必須對巷道進行有效的支護。比如某煤礦主要通過厚煤層實施一次性的采全高，井下的煤層厚度大約在4m，煤層松軟且易破碎，巷道頂是砂質泥巖和泥巖組成，裂隙的發育比較明顯，包含軟弱加層，需要功率和尺寸相對較大的采煤設備，因此增加切眼斷面，在某種程度上加寬了巷道的寬度和支護難度。在這種情況下，必須使用錨桿支護的方法。

3 煤礦錨桿的支護特點和現狀

采用圍巖受力計算理論，由于錨桿技術是屬于主動支護，錨桿打入巖層中后可以起到加固圍巖的作用，形成圍巖與錨桿一體的支護結構系統，防止圍巖在受力的作用下發生變形。另外，采用錨桿支護所使用的材料較少，能夠降低開采的成本，提高工作效率，提高煤礦作業安全性。

當前錨桿的施工依賴錨桿機，錨桿機的性能對于錨桿的施工速度和錨桿的安裝質量都有著決定性的作用。當前我國主要使用的錨桿機是單體的錨桿鉆，雖然包括的類型有電動錨桿鉆、液壓錨桿鉆和風動錨桿鉆，但是性能和結構都不合理，缺乏高自動化、機械化的錨桿車；另外鉆車和機載機組發展都比較慢，應用也少，我國的鉆機可靠性，施工技術與國外的鉆機相比較有一定的差距，相關的工作人員還需要對錨桿進行進一步的開發和研究。當前我國煤礦從業人員的素質較差，管理者也對設備缺乏了解，很多施工工藝和作業指導方式也不正確，阻礙巷道支護技術的發展，降低了巷道支護的質量。錨桿的受力和巷道頂板的監測比較落后，施工現場對于錨桿支護的受力和變形情況不了解，使得數據可靠性不高，因此存在安全隱患，降低錨桿支護的效果。

4 常見的錨桿支護技術

4.1 懸臂掘進巷道錨桿支護

在大規模的煤礦企業中通常會用到懸臂掘進巷道錨桿支護，這種方法具有更高的安全性，構成懸臂掘進錨桿支護系統的有帶式輸送機、懸臂掘進機、轉載機和單體錨桿鉆機等，在支護中有著重要的作用。

4.2 采掘合一巷道錨桿支護

采掘合一巷道錨桿支護的最大特點是同時開展掘進和采煤工作，這種方式很大程度上縮短了煤礦開采的工藝流程，提高了采煤效率，同時也推動了矩形斷面雙向掘進和斷壁開采技術的發展。

4.3 煤礦掘進巷道錨桿支護

在原有的采煤機技術中發展而得到錨桿鉆車被推廣使用，提高巷道的掘進效率，在掘進巷道的支護作業中，錨桿鉆車選擇后張法預應力結構，成為煤礦中最普遍使用的錨固結構，有很強的應用價值。

5 錨桿支護技術研究

5.1 巷道支護方式

在巷道的內部通常會使用很多強力的錨桿以及錨索支護系統，采用錨桿的高預應力對圍巖實現應力擴散，形成穩定的支護系統，采用錨桿支護系統不但能夠保證掘進過程中巷道的穩定性，還能夠有效地控制圍巖周邊出現的裂縫，防止裂縫擴展。選擇支護材料時應當首先考慮延性較好的材料，采用HRB500 的鋼筋作為錨桿，保證伸長率大于20%，也可以采用新型的1×18結構的鋼絞線作為錨索使用，強度能夠達到600KN，伸長率也能夠達到8%，結合相關的計算書和方案能夠確定錨桿選用的具體數值。

超前支護壓力能夠會回采工作面造成影響，在應力的作用下，圍巖出現裂縫以及其他的問題，在實際工作中，巷道連接處和工作面連接的20m 范圍內都可以進行支護加強，巷道受到工作面卸載后的壓力，光是填充開采后的工作面是不能滿足要求的，因此需要對頂板下沉進行預防。同時采用專門的液壓支架，這種支架的阻力能夠達到6000KN，具備4 根立柱，能夠提供良好的支撐。

加強支護同時還需要對巷旁進行支護，常見的巷旁支護還是采用回填的方法進行，但是支護的效果取決于巷道支護所采用的填充材料的性能，填充材料的強度和變形性能都影響著填充的支護效果。填充材料只有具備良好的變形性能才能夠有效地防止巷道頂部下沉，在填充作業中，通常采用泵送的方式進行材料填充。當前的填充工作中對巖石頂部的整體性也開始重視，尤其是煤壁下方3m 范圍的工作范圍，可以選擇直徑22mm 的錨桿進行支護，錨桿的排距可以選擇1m，保證在每排布置4 個錨桿，采用鋼帶和金屬網進行頂部防護。

5.2 支護的機理

在巷道的掘進過程中，需要對圍巖的性質進行全面分析，保證施工間距的合理性，先打鉆巷道的斷面，然后錨入錨桿，并進行注漿加固，提高周邊圍巖的強度。錨桿支護技術與傳統的被動支護技術不同，主要是在錨桿的作用下，將巷道圍巖組成一個整體性的結構，改變周邊圍巖的物理性質，加強巷道的穩定性。錨桿支護體系從提出錨桿支護理論后便越來越完善，在工程施工中的應用也比較廣泛。在錨桿的作用下，巖層可以形成具有抗剪能力的巖石板梁，這是整體性的結構，不容易出現層間變形，因此提升了圍巖的穩定性。另外圍巖的強度和錨桿的錨固力是影響組合梁的關鍵因素。

在巷道開挖工程當中采用錨桿進行支護能夠擠緊巷道周邊比較危險的圍巖，所以能夠起到擠密和加固圍巖的作用，提高圍巖的整體性。錨桿還能夠與圍巖一起形成保證自身穩定性的結構拱，結構拱的存在也能夠穩定巖石防止松動，避免圍巖的變形，從而保證巷道的穩定。巷道頂板上設置錨桿的作用也相當于頂板上設置了柱，能夠對老頂巖石傳遞的荷載進行支撐，在某些程度上減少巷道頂部的巖石露出的面積，增加巷道頂板的抗彎能力，保證頂板在開采過程中撓度滿足才開需求，錨桿的懸吊作用也能夠增加錨桿的剪跨比，提高受力性能。

6 結語

開展煤礦掘進巷道超前支護作業是進行煤礦開采的前提和重要保障，只有做好巷道超前支護才能夠保證煤礦開采作業的安全進行，才能夠保證開采的質量。當前采用的新型支護方法為錨桿支護，能夠加強巷道圍巖的整體性，提高支護的穩定性，周邊填充材料的性能和強度也影響著回填的效果。本文對煤礦礦建作業中支護的實際效果進行分析，探索煤礦礦建中巷道掘進支護的相關問題，為提高煤礦巷道的穩定性和實際應用提供理論依據和實際參考。