预应力锚杆支护的实践与认识

预应力锚杆支护的实践与认识

文章介绍了预应力锚杆支护在阜新市地方弘霖煤矿9#煤层应用，针对煤层巷道的情况，抛旧推新地及时采取了锚杆设计支护方式，使原有的被动支护转变为积极的主动支护，结合实践的经验和理论的计算，最终达到了支护设计的成功，保证了安全生产。

标签：预应力锚杆，支护设计，成功

1 概况

弘霖煤矿地质条件复杂，随着开采深度的增加和地质条件的复杂变化，巷道煤质松软破碎，节理裂隙比较发育，围岩不稳定，矿压显现比较明显，围岩变形大，同时又受到采动的影响，自掘之日起到现在已经大面积的翻修了几次，特别9#煤层属不稳定煤层，局部地段与8下煤层合并，局部分开，直接顶板平均厚度0.75～1.85米，为灰色泥岩与泥质粉砂岩，具菱铁质条带，坚固性系数为2.5～2.9，质软，属软岩，易垮落，因此还未使用过锚杆进行支护，为了保证矿井的正常安全生产，应抛旧推新及时采取先进的巷道支护方式，同时降低支护成本。

2 预应力锚杆的提出

锚杆支护就是以维护和利用围岩的自承能力为基点，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。通过锚入围岩内部的杆体，改变巷道围岩的本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的承载环，和围岩共同作用，达到维护巷道的目的。

3 工程设计

基于以上理论，我矿对9#煤层顶板采取预应力锚杆进行支护。锚杆参数设计：

3.1 锚杆长度L计算

L=L1+L2+L3

L1：锚杆外露长度，取0.1m

软岩分类见下表

根据上表及弘霖煤矿提供的地质资料，围岩松动圈L2取中松动圈值1500mm 可满足要求。

L3：锚杆端部锚固长度一般取300-400mm，这里取400mm，

L=0.1+1.5+0.4=2.0m。增加安全系数L取2.2m。

3.2 锚杆间排距的确定

设计采用等距离布置，每根锚杆所负担的岩体重量为其所承受的荷载，按下式计算：

Q≥KγLpα2

α≤■

式中：Q-锚固力KN，取67KN；

γ-岩石容重；

K-安全系数K=1.5～2，取2；α-锚杆间排距；

LP-有效锚固长度1.5m。

α≤■= ■=0.85m

锚杆间排距均取800mm，能满足要求。

3.3 锚杆直径的确定

根据杆体承载力与锚固力等强度确定，按下式计算：

d=1.13×■

Q锚固力取65KN，Qt锚体抗拉强度510Mpa（A3钢）.

d=1.13×（65××103/510×106）1/2=1.25mm

取d=20mm.能满足要求。

根据以上计算，锚杆间排距均为800mm，锚杆采用？准20×2200mm左旋高强树脂锚杆（每排共计3根），材质为A4钢。由于9#煤层顶板岩质松软，裂隙发育，自稳时间短，易风化，遇水膨胀，诸多因素导致顶板易出现浅部放线，近而诱发块状冒落，致使锚杆外端配置松动，失去支护效果，为此采取加设280×300mm（宽×长）的小钢带，铺设菱形铁丝网措施，解决掉矸现象。由于该巷服务年限短，断面设计为2.5×2m（宽×中高），巷帮没有采取任何支护。

4 工程类比及结论

此巷施工500m完毕后，在顶板每隔50米安装了顶板离层仪，经一个月的观测，巷道顶板均无垮落、离层现象，但是里块段的巷道采用原先木棚进行支护，结果有2/3的支护被压折，出现翻修现象。两巷进行类比，充分体现了锚杆支护的优越性，也打破了锚杆支护仅在稳定岩层中使用的局面，对推广锚杆支护起到了举足轻重的作用。

参考文献

[1]徐永忻.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]钱鸣高，石平五.矿山压力及岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[3]杨梦达.煤矿地质学[M].北京：煤炭工业出版社，2000.

作者简介：姓名：陶凯，性别：男民族：汉，籍贯：辽宁省阜新市人，职称：工程师，单位：辽宁省阜新市煤炭工业管理局.