不同錨桿支護參數對煤巷支護效果的影響研究

王鳳祥

（晉能控股煤業集團有限公司四臺礦，山西 大同 037000）

引言

在煤礦開采中，巷道支護方式起初采用的是以支架形式的被動支護，而現在采用的是以錨桿支護形式的主動支護，作為主動支護，錨桿支護在很大程度上提高了煤礦巷道圍巖的穩定性和強度，且其產生的應力重分布對煤礦巷道穩定性的影響降低，因而在維護煤礦巷道方面具有很好的支護效果。錨桿支護參數較多，若支護參數設計不合理，不能很好地發揮出錨桿支護應有的作用，其中錨桿長度是根據錨桿的錨固機理來設計，需要在有限的長度內才能維護其穩定性；錨桿直徑依據應能承受最大載荷或設計錨固力值下而不發生斷裂來確定[1]。因此，本文主要研究在不同錨桿支護參數下，煤礦巷道穩定性的變化規律，進而確定合理的錨桿支護參數，達到巷道支護的穩定性。

1 巷道穩定性的影響因素

影響煤礦巷道穩定性的因素是多方面的，一是受地質和生產技術條件的影響，其中巖性是影響穩定性的最基本因素，還有上覆巖層壓力、圍巖地應力、工作面回采引起應力變化和斷層構造的影響等；二是支護設計與施工的影響，如施工質量的影響、施工工序的錯誤、假幫（頂）后空洞和偷工減料等；三是支護設計不合理的影響，如支護參數、支護構件設計不合理等[2]，其中錨桿支護參數在很大程度上影響著煤礦巷道的支護效果，因此，有必要對錨桿支護參數進行研究。

2 錨桿支護技術

錨桿支護具有懸吊作用、減跨作用、組合梁作用、拱形壓縮帶作用、楔固作用、最大水平應力作用及錨桿桁架支護作用等機理[3]。

3 不同錨桿參數對支護效果的影響

本文以某礦為例，研究在不同錨桿長度、錨桿直徑、錨桿間排距及預緊力參數下，煤礦巷道支護效果的分布規律，從而為煤礦安全及高效生產提供有力的理論支撐。

3.1 不同錨桿長度對煤礦支護效果的影響

在錨桿直徑、排距及預緊力（大小為60 kN）一定的情況下，研究不同錨桿長度參數對巷道支護效果的影響，其中錨桿長度的變化值為1.6～3.0 m，得到如圖1 所示的影響結果。

從圖1 可以看出，采用錨桿支護技術對頂底板、兩幫支護具有很好的作用效果。隨著錨桿長度的增加，煤礦巷道頂底板圍巖移近率呈現減小的趨勢，但當錨桿長度大于2.6 m 時，線條近似平緩，說明當錨桿長度再增加時，對煤礦巷道支護的效果已經不明顯。

圖1 不同錨桿長度對巷道支護效果的影響

3.2 不同錨桿直徑對煤礦支護效果的影響

在錨桿長度、排距及預緊力（大小為60 kN）一定的情況下，研究不同錨桿直徑參數對巷道支護效果的影響，見下頁圖2。

由圖2 可知，在錨桿長度一定的情況下，當錨桿直徑較大時，對于兩幫位移量變化，呈現出先減小的趨勢，但當減小至0.20 m 時，曲線接近平緩，位移量基本不發生變化；對于頂底板位移量變化，同樣先減小，但當減小至0.22 m 時，曲線變化也較小。對比綜合可知，隨著錨桿直徑的增加，巷道頂底板和兩幫的位移量都在減小，當再增加錨桿直徑時，對煤礦巷道支護的效果已不明顯，其變化規律基本同于不同錨桿長度參數下的研究結果。

圖2 不同錨桿直徑對巷道支護效果的影響

3.3 不同錨桿間排距對煤礦支護效果的影響

在錨桿長度、直徑及預緊力（大小為60 kN）一定的情況下，研究不同錨桿間排距參數對巷道支護效果的影響，見圖3。

圖3 不同錨桿間排距對巷道支護效果的影響

錨桿間排距的增大，會增加巷道的移近量。由圖3 可知，當錨桿的初始排距為0.65 m 時，開始逐步增大，當錨桿排距增加為1 m 時，頂底板和兩幫位移量增加了約原來的一半左右，此時巷道支護效果在很大程度上出現減弱現象。由此可見，錨桿間排距從1.0 m 減小到0.65 m 時，巷道頂底板和兩幫的剪切破壞區域顯著減小，屈服、拉伸破壞區域全部消失，對巷道的支護效果好。可綜合得出，錨桿間排距的減小能夠有效控制巷道圍巖的破壞情況。

3.4 不同錨桿預緊力對煤礦支護效果的影響

在錨桿長度、直徑及排距一定的情況下，研究不同錨桿預緊力參數對巷道支護效果的影響，見圖4。

圖4 不同錨桿預緊力對巷道支護效果的影響

由圖4 可知，隨著錨桿預緊力的增大，巷道圍巖的位移量在減小，因此，選擇合理的預緊力，可有效控制巷道圍巖不發生明顯的滑動和離層。綜合可得出，高預緊力可有效提高錨桿尾應力的集中程度，在很大范圍內有效提高壓應力，可有效支護煤礦巷道。

4 結論

1）隨著錨桿長度的增加，煤礦巷道頂底板圍巖移近率呈現減小的趨勢，但當錨桿長度增加至一定值后，再增加時，對煤礦巷道支護的效果已經不明顯；

2）隨著錨桿直徑的增大，巷道頂底板和兩幫的位移量都在減小，當再增加錨桿直徑一定值時，對煤礦巷道支護的效果已不明顯；

3）隨著錨桿間排距的減小，巷道頂底板和兩幫的剪切破壞區域會減小，對巷道的支護效果顯著；

4）隨著錨桿預緊力的增大，可有效提高錨桿尾應力的集中程度，大范圍提高支護壓應力，支護效果好。