煤矿锚杆支护技术论文

煤矿锚杆支护技术论文

【摘要】合理的巷道支护方式，离不开对巷道围岩地质力学参数的了解，缺乏了这些参数，支护设计的合理性和可靠性就难以保证，故应该加强对此类仪器的研究与开发，使得巷道支护的参数有更精确的数据可以参考。

【关键词】锚杆支护；发展现状；支护机理；支护设计；展望

引言

我国已探明的煤炭资源储备丰富，集中分布在两淮、山西、陕西、内蒙古、新疆等偏北或西北地区，但这些区域内多数煤矿存在地质条件较复杂的问题，也就给巷道和采场支护带来不同程度的影响。此外，进入“十二五”计划以来，出于建立资源节约型和环境保护型社会的政治目标，国家宏观调整了煤炭刚性需求政策，使得煤炭行业提前进入严峻考验与挑战并存的局面。因此，煤炭企业为了发展需要也应做出相应的政策调整，尤其是成本控制方面。在新的形势下，研究锚杆支护技术仍然具有实用价值，在某些情况下，它不仅能够明显改善巷道支护成效，而且能为煤炭控制成本做出卓越贡献，同时还能降低工人劳动强度并提高工作效率，是现代化矿井高效和节约生产必不少的关键技术之一，应继续加强锚杆支护研发力度。本文主要讨论锚杆支护技术的发展现状与未来展望。

1 锚杆技术的发展

1.1 国外锚杆支护技术发展现状

自上个世纪40年代开始，西欧一些发达国家先后将锚杆支护技术应用于水利、交通等工程应用领域。经过多次艰苦探索与经验总结，该技术得到飞速发展，并逐渐在煤炭地下开采中开枝散叶。国外锚杆技术的发展历程大致分为五个阶段，大约以10年作为一个发展周期。（1）1945～1950年，机械式锚杆横空出世，但存在锚固力低、支护刚度弱的缺点；（2）1950～1960年，机械式锚杆被广泛运用于采矿业，针对该阶段锚杆支护存在的缺陷人们开始着手新型锚杆的系统研究；（3）1960～1970年，树脂药卷的引入促成了锚杆技术的第一次翻新革命，从此树脂锚杆在巷道支护中占据了一席之地；（4）1970～1980年，管缝式锚杆和水力账管式锚杆相继出现，新的锚杆设计方案促进了长锚杆的产生；（5）1980～1990年，发明了混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆及各种特种锚杆，树脂锚固材料得到不断改进。

1.2 国内锚杆支护技术发展现状

我国锚杆支护技术发展较晚，20世纪中后期某些矿山才开始在煤岩巷和采区中使用锚杆支护方式。相对于国外，我国锚杆支护技术大体经历了起步、攻关、引进消化和推广提高四个阶段。（1）80年代中后期的起步阶段，我国开展了锚杆的基础性研究，分析了其在煤矿中的适用情形；（2）1991～1995年的攻关阶段，将锚杆支护确定

为煤矿重点研发方向，并逐步推广应用于各种井型的矿井；（3）1996～1997年的引进和消化阶段，在引进国外锚杆支护先进技术与理论后，我国开展了针对国内现状的大规模试验研究，从此拥有自主产权的成套锚杆技术在我国初步形成；（4）1998年至今的推广提高阶段，锚杆支护比例有上升趋势，且对于满足其适用条件的巷道全部用锚杆支护，但仍落后于国外先进水平，因此有广阔的发展空间。

2 锚杆支护机理

锚杆支护的具体过程可简述为：在掘进巷道内，基于围岩性质分析与施工设计，保持合理间距向巷道断面打钻，然后铆入锚杆并注浆加固，以提高围岩承载强度。锚杆不同于过去传统的被动支护方法，它是通过锚杆作用将巷道围岩串成一个整体结构，来改变围岩的力学性质和提高巷道的稳定性，因此为一种主动支护方式。自锚杆支护理论相继提出以来，锚杆支护体系逐渐完善，并来断被运用于工程实践中，根据实践经验，锚杆支护机理可总结为：①悬吊作用。巷道开挖破坏了围岩的平衡结构，此时应力重新分布，且巷道表面矿压显现最为突出。由于上覆岩层一般为沉积岩，表现为层次结构，锚杆的悬吊作用是将松动圈外围失稳岩层通过锚固力悬吊在内层稳定岩层上，从而达到提高围岩稳定性的目的；②组合梁作用。上述悬吊作用在解释非稳定岩层现象时具有一定局限性，组合梁作用是对悬吊作用的补充，适用于厚度较薄的由连续多分层组成的围岩，多分层通过锚杆作用，形成具有一定抗剪能力的岩石板梁，这种结构作为整体存在，层

间不易发生错动，仅在应力状态下发生整体变形，因此提高了围岩的稳定性。在组合梁理论中，锚杆锚固力和围岩强度是主要影响因素，但关于量化工作还是难以确认，也没有相关资料作为证明或参考，例如岩层沿巷道纵向有裂缝时梁的连续性问题和梁的抗弯强度问题；③挤压加固拱作用。在块状围岩中，锚杆可将巷道周围的危石彼此挤紧，对岩石起到挤压加固作用，在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不进能维持自身稳定，而且能阻止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而能保持巷道的稳定性；④减少跨度的作用。巷道顶板打上锚杆，相当于在该处打上了点柱，因此就相当于把巷道顶板岩石悬露的跨度缩小了，从而提高了顶板岩层的抗弯曲能力，维持了顶板稳定。这就是锚杆的减跨作用，这套理论实际上来源于锚杆的悬吊作用，但它同样未能提供用于锚杆支护参数设计的方法。

3 锚杆巷道锚杆支护设计

目前的巷道锚杆支护设计方法基本上可归纳为四大类：①工程类比法（包括专家系统设计法），包含简单的经验公式进行设计；②理论计算法，通过实测围岩力学参数，按锚杆支护理论进行力学分析，在此基础上设计锚杆支护参数的一种设计方法；③以计算机数值模拟为基础的设计方法；④监测法，实质上就是新奥法。在我国巷道锚杆支护设计中，第一类方法（工程类比法）应用最为广泛，包括基于围岩松动圈理论的巷道支护设计建设和基于巷道围岩稳定性的锚杆支

护设计方法；第二类方法（理论计算法）包括悬吊理论法、冒落拱理

论法、组合梁理论法、组合拱理论法等；第三类方法（数值模拟法）是借助数字模拟软件模拟巷道在特定边界条件下的应力应变分布情况的一种重要手段，它使得锚杆支护设计更加合理可靠。新奥法则是基于围岩自承能力分析，采用锚杆和喷射混凝土等支护手段来控制围岩变形和松弛。

4 结语

虽然锚杆支护技术在煤矿得到了广泛的应用，但是依然存在一些问题需要深入研究。

（1）巷道矿山压力理论的深入研究。锚杆支护理论与巷道矿山压力理论密不可分，目前的巷道矿山压力理论可在一定的条件下解决实际问题。但它们只能够定性的解释问题，不能定量，不够精确，在未来的发展中，这两种理论必然会逐步精确化，使得锚杆支护理论得以迅速发展。（2）锚杆支护作用机理的深入研究。虽然目前已有许多支护理论，但是煤矿地质条件复杂多变，现有的支护理论仍然不够系统全面，还需要进行深入细致研究。（3）锚固体变形机理及结构特性研究。目前对锚固体的研究还不是很多，为了探索适合恶劣条件下巷道围岩控制的锚杆支护整体结构形式，还应该研究不同形式锚固体的变性特性及适用范围，不同形式的锚固结构的性能特点及其适应性。（4）加强对巷道围岩地质力学测试仪器的开发。合理的巷道支护方式，离不开对巷道围岩地质力学参数的了解，缺乏了这些参数，