煤矿锚杆与锚索施工工艺分析

煤矿锚杆与锚索施工工艺分析
【摘要】煤矿开采作业的过程中，需要应用到各种各样的施工技术，只有充分认识和掌握这些施工技术，才能够提高煤矿开采作业的质量。

本文围绕煤矿锚杆和锚索两个施工技术，对它们的施工工艺进行了详细分析。

【关键词】煤矿；锚杆；锚索；施工工艺
一、前言
锚杆和锚索施工技术是煤矿开采作业过程中经常使用的施工技术种类，为了能够保证这两种技术实施的有效性，必须要对它们的施工工艺流程进行分析，保证具体应用过程中的质量。

二、锚杆支护作用原理
锚杆是一种安设在巷道围岩体内的杆状锚栓体系。

采用锚杆支护的巷道,就是在巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼,然后将锚杆安设在锚杆孔内,对巷道围岩进行加固,以维护巷道的稳定性。

1、悬吊作用
悬吊作用是指将要冒落的围岩或者软弱岩层,用锚杆悬吊于上部的坚硬岩体上,由锚杆来承载围岩或者弱岩的重量。

2、组合梁作用
可将平顶巷道层状顶板看作是由巷道两帮为支点的叠合梁,在荷载作用下,各层板梁都单独弯曲,每层板梁的上下缘分别处于受压和受拉状态。

但是用锚杆将各组合板梁压紧之后,在荷载作用下,就如同一块板梁的弯曲一样,提高了板梁的抗弯强度,可以提高顶板岩层的承载能力。

3、挤压加固拱作用
在巷道周围系统地布置锚杆,使巷道拱部节理发育的岩体连接在一起,便在一定的范围内形成一个连续的、具有一定自承能力的拱形压缩带,使巷道围岩由原来作用在支架上的荷载变成了承载结构,以支承其自身的重量和顶板压力。

4、减跨作用
在巷道内安设锚杆,能够减少压力拱的高度和跨度。

如在巷道跨中打一根锚杆,相当于在该处打一根支柱,使原来的拱分为两个小拱,小拱的跨度为原拱的一半。

如果打三根锚杆,就相当于将原来的拱分成四个小拱,压力拱的跨度为原拱的四分之一,同时压力拱的高度也明显降低。

5、围岩补强加固作用
巷道深处围岩内的岩石处于三向受力状态,而靠近巷道周边的岩石则处于二向受力状态,后者的强度远远小于前者,因此容易受破坏而丧失稳定性。

在巷道内安设锚杆后,有些围岩又部分地恢复为三向受力状态,增强了自身的强度。

此外,锚杆还可以增强岩层弱面的抗剪强度,使巷道周边的围岩不易破坏和失稳。

三、巷道掘进与临时支护
巷道掘进是一个非常重要的环节。

一方面影响成巷速度；另一方面，巷道成形质量直接影响锚杆、锚索支护各构件的安装与支护性能的发挥。

为了保持巷道围岩的完整性与稳定性，减小掘进对围岩的破坏，煤巷并应优先采用综合机械化掘进。

如果采用钻爆法掘进，必须采用光面爆破工艺。

对掘进有以下要求：
1、严格按照设计的巷道断面与尺寸施工，不得超挖或欠挖。

很多矿区规定，巷道掘进尺寸与设计尺寸相差不得超过200mm。

如果因为不可抗拒的原因导致超宽、超高、应根据实际情况变更支护设计，或采取补强加固措施。

2、保证成形质量，尽量使巷道表面平整、光滑、避免凹凸不平，为锚杆、锚索支护各构件的安装创造良好条件。

同时，也能使锚杆、锚索、钢带处于较好的受力状态，有利于支护作用的充分发挥。

掘进工作面应采用有效的临时支护，严禁空顶作用。

应根据巷道地质与生产条件，确定合理的最大控顶距，并根据围岩条件的变化进行调整。

临时支护宜采用有一定初撑力的支护方式，以便能主动，及时地控制空顶范围内顶板的破坏与垮落。

四、锚杆支护施工工艺
锚杆(图1)应紧跟掘进工作面及时支护。

锚杆支护施工工艺流程为:掘进出煤,铺、联金属网,上钢筋托梁或钢带,临时支护,钻顶板中部锚杆孔、清孔,安装树脂药卷和锚杆,用锚杆钻机搅拌树脂药卷至规定时间,停止搅拌并等待规定的时间,拧紧螺母达到锚杆设计预紧力。

从中部向外依次安装其它顶板锚杆。

帮锚杆的施工步骤与顶锚杆基本相同。

图1锚杆各段及其构成
1-螺母；2-托盘；3-围岩表面；4-锚杆体；5-药剂；
L1-内锚固段；L2-自由段；L3-外锚固段
锚杆支护施工工艺中,钻孔、搅拌树脂药卷与拧紧螺母为主要工序,其它可作为辅助工序。

为了使锚杆支护各施工工序有序进行,减少支护时间,提高安装速度,合理安排各个工序,进行施工工艺优化。

锚杆施工主要工序:钻孔,搅拌树脂药卷与拧紧螺母为主线,在考虑辅助工序先后的基础上,尽量使辅助工序与主要工序平行作业,合理利用工时,缩短总的支护时间。

为了提高锚杆支护速度,在巷道断面尺寸允许的条件下,应配置2台甚至多台锚杆钻机同时作业,尽量安排顶板锚杆与帮锚杆同时作业。

五、锚索施工工艺
与锚杆相比,锚索(图2)具有深度大,强度大,可施加较大预紧力的特点。

树脂锚固锚索的施工很多方面与锚杆类似。

图2锚索各段及其构成
1-毛刺；2-钢绞线；3-钻孔；4-巷道围岩表面；5-槽钢；
6-钢垫板；7-索具L1-内锚固段；L2-自由段；L3-外锚固段
锚索应紧跟掘进工作面及时支护。

锚索支护施工工艺流程为:定锚索孔位,钻进锚索钻孔,清孔,往钻孔内装入树脂药卷,用锚索头部顶柱树脂药卷并送入孔底,升起钻机并用搅拌器连接钻机和锚索尾部,开动钻机搅拌树脂药卷至规定时间,停止搅拌等待规定时间后收缩钻机卸下搅拌器,等待10~15min,套上托板安装锚具,用张拉设备张拉锚索到设计预紧力。

锚索支护施工工艺中,钻孔、搅拌树脂药卷与张拉为主要工序。

六、关于锚杆锚索支护在井工矿中应用分析
在运输巷以及回风巷中，都是采用锚杆与钢带的配套使用。

自工作面距离上半段停采线约6m的位置处，不能使用顶网或者是通过设置钢丝绳对支架顶板予以控制，则是锚杆锚索与钢带配套支护对顶距离以及出架通道进行控制。

也就是说，当采煤机械设备在割第一刀时，需要在每隔1m位置处的单体支柱上设置一临时支护结构，应用两台锚杆钻机间排距开始打眼，再沿着工作面的斜方向设置锚索，从而达到支护顶板的目的。

再距离停采线1.8m时，利用锚杆和锚索配合使用设置停止拉架。

而通过实践证明，锚杆锚索和金属网等构件的配套使用，可以起到很好的加固作用，这样一来，被锚固的岩层便会构成一个完整的结构体系，彻底改变围岩下部的受力状态，进而全面提升了围岩的整体承载力，有效控制巷道围岩发生变形，使支护结构更可靠、稳定。

并且，在应用锚杆锚索支护技术后，能够加快施工进度，同时巷道顶板围岩下沉现象得到有效控制，以免对巷道进行再次翻修，确保围岩稳定性，这样一来，可以确保巷道既定的支护需求，使其获得良好的支护效果。

锚杆锚索支护可以大大降低支护成本，减轻劳动强度，为施
工人员营造一良好的工作环境。

除此之外，锚杆锚索支护流程过于简单，便于操作，在巷道支护中应用非常的广泛。

应用锚杆锚索支护需要注意以下几点问题：
1、时效性
在掘进巷道过程中，要快速将锚杆锚索支架予以安装，避免顶板出现早期的离层现象。

一般来说，通常间隔100m，需要安装一顶板离层仪器，便于对巷道的稳定性进行观察，这主要是由于锚杆安设质量和巷道的围岩的稳定性有一定的隐蔽性，导致在巷道顶板出现位移变化时，没有明显的预兆，所以，关于巷道安全性的监测是非常重要的。

2、紧固性
在完成锚杆和锚索支架后，必须确保预紧力满足既定标准，才能发挥更好的预防功能，这样一来，悬吊作用也会变得更加的明显，因此，强化检查与维护是非常重要。

七、对煤矿锚杆支护技术的展望
1、继续完善煤矿锚杆支护理论与技术
锚杆支护理论很多，但这些理论与实际应用技术的发展适应性较差。

所以，有必要结合煤矿自身特点，不断探索煤矿锚杆支护理论，提高煤巷锚杆形式与参数选择的实用性和科学性。

我们要不断消化吸收国外先进的锚杆支护理论和设计方法，学习先进的煤巷锚杆支护的工程监控设计方法，根据我国实际，发展科学合理的锚杆支护技术，提高煤巷锚杆支护设计方法的实用性和科学性。

2、发展掘锚新机具
根据当前的施工工艺，主要有两方面因素影响快速掘进：一方面是锚杆机打眼及安装速度；另一方面是掘进机割煤速度。

现行煤巷快速掘进施工方法的主要矛盾是掘进工作面的开机率较低，支护时间过长，影响单进水平的提高。

加快煤巷锚杆支护单进速度的有效手段是发展掘锚联合机组，实现“掘支锚一体化”平行作业。

因此，发展掘锚新机具将是我国煤巷快速掘进的一个发展方向。

3、进一步研究锚杆支护监测技术
要对煤矿井下的锚杆支护进行综合监测，验证初始设计的可靠性和合理性，并为修正初始设计提供依据。

在日常工作中，很多必要的监测工作并没有顺利进行，导致监测效果大打折扣。

但是，监测的重要性不置可否，所以在日后的工作中，一方面要加紧研究锚杆支护监测技术；另一方面，要提高人员素质，使其清楚监测的重要性，以便实时、有效地对煤矿锚杆支护进行监测，保证安全生产。

八、结束语
综上所述，煤矿开采作业过程中，锚杆和锚索支护是非常重要的两种技术。

在具体煤矿开采工程中，必须要严格按照锚杆和锚索支护的步骤、流程进行支护施工，进而保证施工的质量和安全性。

【参考文献】
[1] 李建民，章之燕.浅析锚杆支护技术在开滦矿区的发展与应用[C]，煤矿安全高效开采理论技术与实践，2010.
[2] 黄飞.我国煤巷支护中锚杆技术的现状及发展趋势[J].科技创新导报，2010，19.
[3] 马念杰，吴联君，刘洪艳，等.煤巷锚杆支护关键技术及发展趋势探讨[J].煤炭科学技术，2010，5.
[4]王富奇.兖州矿区煤巷锚杆支护技术研究[J].煤矿支护,2012,3.
[5]张爱英,陈弦.煤巷锚杆支护参数设计与应用[J].煤矿支护,2009,12。