锚杆支护技术存在的问题与发展策略探讨

锚杆支护技术存在的问题与发展策略探讨

贾焕福

（龙煤鹤岗分公司兴山煤矿，黑龙江鹤岗154100）

摘要该文论述了锚杆支护技术在地质、设计、围岩监测等方面存在着一些问题。加强锚杆支护理论的研究，完善描杆支护施工机具，缩小W型钢带与国际先进水平的差距，以及深化树脂锚固剂发展研究。

关键词锚杆支护设计发展策略围岩监测

中图分类号TD353+．6文献标识码A

1锚杆支护技术存在的问题

1．1地质方面的问题

锚杆支护质量与巷道地质工作密切相关，煤矿地质环境复杂、基础信息匾乏。我国煤矿有围岩稳定的l、2类巷道，也有围岩不稳定和极不稳定的4、5类巷道。特别是回采巷道，不仅围岩的强度条件较差，还受到采动的强烈影响。所以，锚固结构要具有相应的变形适应性并保持足够的承载能力及对围岩变形的约束力，使围岩重新形成平衡状态，这给锚杆支护技术的应用带来了较大的困难。地应力实测技术是煤巷锚杆支护技术体系的核心技术之一，实施地应力实测是煤巷锚杆支护设计的基础。我国在一些煤矿仅进行了局部地应力的实测和研究，因测量技术、测量仪器和相关配套设备的限制，地应力实测和研究进展缓慢，并未系统进行矿区地应力实测。

通过地质勘察设计，仅给出矿区地质格局，不能完全明确给出某条巷道的具体地质状况。没有从整个矿山系统分析地质状况，不能正确反映地压的来源。若从整体考虑巷道在矿山中所处的周围围岩状况及与周围巷道之间的相互关系，就能正确地判断来压方向，切断来压源，较大程度地缓解支护困难。

1．2设计方面的问题

1．2．1锚杆支护的机理

现有锚杆支护理论存在一定的局限性，还不能满足复杂条件下特别是全煤及软岩条件下巷道围岩支护设计的要求。传统的锚杆支护理论有：悬吊理论、组合梁理论、组合拱（压缩拱）理论。它们以一定的假说为基础的，从不同角度、条件阐述锚杆支护的作用机理，并且力学模型较为简单，计算方法简单。近年来，锚杆支护理论研究有了新的发展，提出了巷道锚杆支护围岩强度强化理论及最大水平应力理论，揭示了锚杆支护的实质，扩大了锚杆支护技术的应用范围，尤其是为煤巷和软岩巷道的锚杆支护提供了理论指导。然而，

*收稿日期：2011－08－03

作者简介：贾焕福（1968－），男，汉族，河北唐山人，黑龙江科技大学采矿工程本科毕业，工程师，哈尔滨理工大学在读工程硕士研究生，现从事煤矿技术工作。现有较为成熟的锚杆支护理论也难以满足指导回采巷道特别是全煤巷道锚杆支护设计的要求，需要加强多方面的研究。

1．2．2锚杆支护参数选取

锚杆支护参数的选取主要是采用经验法、工程类比法和理论计算法，而这三种方法存在着弊端，不能完全确定锚杆支护参数。地下围岩的地质状况，非常复杂，在锚杆支护设计方面，需要针对实际情况，不断修改设计。随着计算机技术的发展，数值计算已经成为工程设计不可缺少的工具。正确进行锚杆支护参数的选取已成为关键问题。

1．2．3锚杆种类

随着新型材料的不断发展，各种新材料锚杆也不断涌现。而单独进行锚杆生产与研发的单位却较少，在材料、工艺上没有实现规范化，浪费材料，也影响了锚杆的支护效果。在锚杆安装上，机械化程度相当低，多数煤矿还是采用手持钻机安装锚杆或人工安装。

煤矿地质条件复杂，特别在软岩、厚层复合顶板、高应力地层区域中，煤巷锚杆支护经常出现断锚断索现象。顶板岩层的层间错动会使锚杆、锚索发生剪切破坏。金属锚杆结构不合理，在偏心载荷超过锚尾材料的强度极限时，锚尾发生破坏。地层和地下水中的侵蚀介质腐蚀锚杆杆体，在高拉应力作用下杆体可能发生脆性破坏，可能引起钢丝或钢绞线的断裂，造成锚杆支护系统失效

1．3围岩监测方面的问题

顶板离层指示仪测定锚杆锚固的离层状况，对顶板出现冒落危险进行报警，以杜绝顶板事故。对顶板离层监测普遍使用的是离层指示仪，这是一种机械式测量方法。此法尽管比较直观，但要经常到测点附近读取数据，测量数据的真实性受一定的人为因素影响。离层值是表征锚杆支护巷道顶板稳定性的重要指标。确定锚杆支护巷道顶板离层界限值，采用数值计算程序模拟及经验公式计算得出，但公式中的系数需在具体矿区环境下不断检验和修正。在实际运用中，还需要与锚杆受力大小、巷道表面位移、巷道外观形态变化等进行考虑。目前应用的是锚杆拉拔计、扭矩扳手等常规的侧定锚杆锚固力技术，对锚杆的工作状况存在负面作用。

进行锚杆支护要综合考虑各种复杂因素，如地质因素、工程因素、设计因素、施工因素等，从这些因素中找出可靠、经济的锚杆支护方案。

2锚杆支护技术发展策略

2．1加强锚杆支护理论的研究

（1）加强巷道围岩矿压显现规律的研究。深入研究不同载荷环境下巷道围岩的变形、破坏规律，分析围岩在不同变形、破坏阶段的平衡结构特性，研究巷道围岩强度破坏与工程破坏之间的差异及规律，揭示围岩稳定一失稳的本质。要研究不同环境下的支护一围岩相互作用原理，完善巷道围岩控制理论，为扩大锚杆支护的应用范围创造条件。

（2）加强锚杆作用机理的研究。要研究不同锚固方式所形成的锚固体的力学特性，完善锚杆锚固理论。

（3）加强进行锚固体变形机理的研究。掌握不同形式锚固体的变形特性及其适用范围。进行锚固体结构特性研究。研究顶、帮锚固体所形成的不同形式的锚固结构的性能特点及其适应性，探索适合各种条件下巷道围岩控制的锚杆支护整体结构形式。

2．2完善描杆支护施工机具

（1）完善锚杆钻机性能与质量，开发新型锚杆钻机。因煤巷地质与生产条件复杂，现有的锚杆钻机还不能完全满足使用要求，其性能与质量还需进行完善与提高，要开发底板锚杆钻机和液压帮锚杆钻机。随着锚索支护技术的应用，应开发研制专用锚索钻机，提高锚索施工速度。

（2）机掘设备应科学配套。连续式采煤机与锚杆钻车等组成配套生产系统，使用连采机成套分离系统装备，充分发挥其机动灵活、协调连续作业速度决等优点，同时掘进两条巷道，为长壁式综采工作面准备巷道。

（3）引进和研制中型掘锚机组。国内的煤及半煤岩巷道各种中小型掘进机后配套装备已配套生产，定型批量生产，引进或研制装机容量为400 500kW的中型掘锚机组，适合我国煤矿煤巷工况条件，便于采用国产机械化后配套设备，符合我国煤矿的技术经济状况。

2．3缩小W型钢带与国际先进水平的差距W型钢带组合锚杆支护技术尽管近几年在一些煤矿应用，并取得了可喜的技术经济效益，但W型钢带生产厂家中滚压成型的厂家有限，大部分是冲压成型，这不利于钢材的有效利用，使W型钢带质量标准难以保证。W型钢带虽然整体强度较高，但在锚杆留设孔处的强度较低，有时导致托板或螺母压人孔中，使钢带失效，有待于继续改进。

2．4树脂锚固剂发展前景

随着煤矿开采深度的增加和困难条件下回采巷道树脂锚杆技术的应用，树脂锚杆正向高强度、大载荷方向发展，这要求树脂锚固剂材料与之相适应，向高强度方向发展。目前使用的不饱和聚酷型树脂锚固剂一般存在固化收缩的问题，因此，发展无收缩和膨胀性树脂锚固剂势在必行。

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2．3运矸一体化系统的优点

（1）优化运输系统以后的排矸顺序：迎头矸石→扒装机→吊挂皮带（80）→梭式矿车1→梭式矿车2→“吊挂式”电动皮带→1t矿车。

（2）梭车作为临时储矸仓每个可存储15车矸石，2部梭车搭接使用可存储30车矸石，当迎头矸石多或车皮供应不及时的情况下，由于梭车的存储功能而不影响迎头正常组织生产。另外当迎头定炮时，由于不启动扒装，可以实现定炮与装矸平行作业。

（3）在“吊挂式”连续快速装矸装置旁设一偏道，一次最多可装矸石12车，仅需18min，加上倒车的时间3min，即装每一循环的车需要21min。

（4）集中扒装、集中装矸既节约大量的电能又可节约岗位工。现场接班后集中扒装迎头矸石，经80式吊挂皮带运送至安设在上车场的梭车Ⅰ内，梭车司机将梭车Ⅰ后退至梭车Ⅱ的位置，开动梭车Ⅱ，把2部梭车都装满后，停止扒装机，依次前移，点动电动皮带装矸。由于扒装机后跟皮带跟2辆梭式矿车，再其后跟电动皮带，装矸时如果战线一字排开，将会占用4个岗位工（2个梭车司机，2个皮带司机），削弱了迎头的生产力量。所以根据现场实际情况，采用集中扒装、集中装矸可节约2位岗位工；减少了机电设备的频繁启动，延长了机电设备的使用寿命。

2．4应用效果

－850m水平十一层一采轨道下山整个运矸系统形成一体化作业线后，由于矸石的及时排除（最多装矸石96车/班），保证了迎头矸石零存放，迎头工作时间增加了，掘进作业由两班炮掘一班准备，实现了三班炮掘，掘进效率提高了40%，效益显著，在砂岩岩性、下山掘进、路线远的不利条件下月进尺达到120m以上。

3结论

－850m水平十一层一采轨道下山实现连续快速排矸石，提高了岩巷单进水平，岩巷月度进尺提高到120m以上，缓解了矿井的接续紧张局面。大断面岩巷运矸一体化系统的成功试验，解决了岩巷快速施工中的许多关键技术问题，为相似条件下岩巷快速施工提供了理论基础和技术指导，具有广泛的推广应用前景。