原标题（ 锚杆支护系统在煤矿巷道中的应用与改进）

介绍了我国锚杆支护的发展状况，分析了影响锚杆支护效果的存在的问题，分析得出锚杆与锚索联合支护的可行性及优越性，并举例在某煤矿中的应用，并得出锚杆与锚索联合支护不但为煤矿矿井的高效掘进与回采提供了安全保障，而且为煤矿企业带来了经济效益。

    关键词：锚杆支护；锚索；联合支护；安全保障

    1  前言

    煤矿巷道的锚杆支护技术在我国应用起始于1950年，至今已经有50多年的发展历史，由于其具有“快速、主动、有效”的特点，得到广大煤炭企业和工程技术人员的普遍认可。经过多年的研究、改进和工程实践，已成为我国煤矿巷道的主要支护形式之一。随着煤炭开采深度的不断增加，巷道断面不断扩大，巷道压力的不断加大，冒顶事故时有发生，凸现了锚杆支护中存在的一些问题。本文针对锚杆支护中的一些问题提出锚杆与锚索联合支护在煤矿巷道中研究与应用。

    2  锚杆支护系统分析

    2.1锚杆支护理论目前锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论和加固拱理论等。悬吊理论是最早的锚杆支护理论，具有直观、易懂及使用方便等特点。特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎岩层的条件下，这种支护理论应用比较广泛。其主要缺陷是仅考虑了锚杆的抗拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的提高。组合梁理论充分考虑了锚杆对岩层离层与滑动的约束作用，适用于层状岩层。该理论认为，锚杆提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间的摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。加固拱理论认为，即使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，也可以形成一个承载结构。只要锚杆间距足够小，就能在岩体中产生一个均匀压缩带，它可以承受破坏区上部破碎岩石的载荷。该理论充分考虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中得到较为广泛的应用和得到良好的经济效益。

    2.2锚杆支护的适用条件普通单体锚杆只适用于加固稳定的岩石巷道或围岩岩体较完整的巷道，但在围岩较软或破碎带规模较大的岩巷、煤巷及动压巷道中往往取不到应有的效果，导致质量事故。

    2.3锚杆支护系统的缺点分析

    2.3.1锚杆支护设计方法不科学虽然已制定煤巷锚杆支护规范，但设计时绝大多数采用工程类比法，支护形式和参数确定不尽合理，有可能支护强度太高，支护成本大，浪费了材料；在松软、软弱等特殊地质条件下支护强度也可能不足，出现片帮、冒顶等安全事故。

    2.3.2锚杆的支护材料质量不能完全达到要求如钢材质量、加工的螺纹质量、树脂药卷质量等均直接影响支护质量。

    2.3.3锚杆支护监测仪器与技术不能满足现场施工需要常用仪器的精确度、实用性不尽完善，不能完全反应锚杆支护效果。

    2.3.4现有技术条件下，施工因素是直接影响锚杆支护可靠性的关键环节施工人员对锚杆支护理论的系统认识不够，对锚杆的安装操作质量管理不到位，施工达不到设计要求。如有时只重视对顶板的支护而忽视了对巷帮和底板的控制，或有些工人技术不过关、责任心不够，造成锚杆和锚索支护强度降低。施工中常见的巷道凹凸不平，锚杆、锚索托板不紧贴岩面，造成锚杆、锚索没有预应力而失效。

    2.3.5锚杆支护中预应力普遍偏低目前大量矿压观测发现，深井软岩巷道(包括煤巷)掘进期间围岩变形普遍在500～800mm以上，金属支架与普通的锚杆支护此阶段即遭到破坏。只有通过提高支护的预应力，从而消除或大大减缓岩层软弱面的离层现象，同时减缓两帮围岩的应力集中程度和岩体破坏现象，初期围岩变形才能得到有效控制，进而实现快速增阻，达到锚固工作阻力的效果。在高阻条件下实现减压，才可能将巷道掘进期间的围岩变形量控制在300～400mm以内，即高预应力才能实现巷道的长期维护。在安装锚杆时如果没有预应力或预应力过低，随着巷道两帮位移量的增加，锚杆的工作载荷不会有较大的提高，此时锚杆支护的作用并不明显；而当安装锚杆给予较高的预应力时，那么锚杆的工作载荷随着巷道两帮位移量的增加明显增大，能够有力的抑制巷道围岩的进一步变形。虽然目前我国锚杆支护得到了相对比较广泛的应用，但在锚杆支护设计和现场施工中，往往都忽视了锚杆的高预应力这一关键因素。从中得出锚杆支护中预应力普遍偏低，需要进行技术和管理改进。

    3  锚杆与锚索联合支护的研究

    3.1锚杆与锚索联合支护的概念锚杆与锚索联合支护是煤巷巷道掘进过程中的一种主要支护形式，可以与钢带、金属网、工字钢梁联合使用。合理选择锚杆参数及支护形式，是安全、科学、经济的，能起到提高支护质量和矿山效益、降低成本的作用。锚杆与锚索联合支护是通过围岩内部发挥其支护作用的，其实就是变巷道被动支护为主动支护，提高巷道围岩的自身承载力。随着巷道围岩状况的不同，锚杆与锚索支护也具有不同的作用机理。

    3.2分析锚杆与锚索联合支护   单根锚杆锚索加固岩体形成锚杆锚索周围应力包，只要锚杆锚索间距、排距适当时，同时在群锚的作用下．应力泡相互叠加，形成岩体内承载圈加固带。对于开掘巷道锚杆锚索支护，视岩石硬度、完整性、岩体节理情况、地应力、服务年限及是否受动压影响等因素，而确定锚杆锚索支护形式，由于伪顶性脆、易碎。直接顶坚实，最常用的是锚杆与锚索、网的联合支护形式。锚杆与锚索、钢带抗弯强度小易贴顶承受载荷小，顶板平整时常用锚杆加固伪顶，锚杆与锚索加固直接顶；锚杆与钢梁则能承受较大载荷。锚杆桁架是利用拉杆所产生挤压力减少或消除下位岩层的拉应力。形成一种以顶板岩层受压，拉杆受拉，类似桁架的承载结构，但两帮围岩体强度要高，若顶板完整性好，分层厚度又大，应该使用锚杆与锚索联合支护，利用锚索钢绞线较长的特点，在围岩上部形成一个能防止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而保持巷道支护的稳定性。

    4  锚杆与锚索联合支护的应用

    贵州某煤矿的X40701综采工作面位于本矿斜井四采区南翼一片口与二片口之间，北至井筒保护煤柱，南至井田边界，工作面倾斜长80～150m,煤层倾角为12°,煤层平均厚度1　7m。煤层直接顶为泥质粉砂岩及灰白色细砂岩，底板为灰白色粘土岩。

    4.1支架控顶区到煤壁间的支护设计锚杆支护是煤矿井下最实用、最方便、最快捷和效果比较好的支护方式，在井下应用比较广泛，可以说煤矿井下目前大部分巷道都采用这种支护方式，结合本矿实际最终确定选择锚杆与锚索联合支护。

    4.1.1顶锚杆锚杆长度可由下式计算进行确定，即L=K（1　1+B/10），式中K为围岩稳定影响因素,因顶板已受采动超前压力影响,取1　4m；B为支架出架通道宽度，取1　8m 。由式知锚杆长度不小于1　79m ，故选用矿常用Φ20 mm×2200mm螺纹钢锚杆，根据煤矿顶板支护经验，锚杆间排距为800mm×800mm，每根锚杆用两节树脂药卷。

    4.1.2锚索    

    根据悬吊理论来设计锚索支护参数，结合煤矿巷道支护的经验，锚索采用6Φ15　4mm ×13300mm钢绞线，锚索间排距为1600mm×1600mm。

    4.1.3帮锚杆    

    采用钢筋梯配合Φ43mm×1600mm的管缝式锚杆为帮锚杆支护煤壁，帮锚杆间排距为800mm×800mm。

    4.2锚杆与锚索的联合支护实践    

    运输巷和回风巷均为锚杆配钢筋梯支护巷道，在工作面距上半段停采线6m到停采线时，不采用铺金属顶网和拉设钢丝绳来控制支架顶板，而直接采用锚杆和锚索配钢筋梯支护来控制支架控顶距离和出架通道。即煤机割第一刀煤时先在煤壁用单体支柱每隔1m打上贴帮柱作为临时支护，用两台锚杆钻机(为加快时间)按锚索支护的间排距进行打眼，采用钢筋梯（Φ6　5钢筋制作，长2m,宽0　1m,网格间距0　1m）沿工作面倾斜布置配合锚索进行支护顶板。割第二刀煤后，按锚杆支护间距采用锚杆配钢筋梯（沿工作面倾斜布置）进行支护顶板，锚杆（索）配钢筋支护是为防止上一台支架撤除后矸石垮落影响下一台支架回撤。采用锚索和锚杆交替支护距停采线1　8m时停止拉架，用单体推移输送机割煤到停采线并支护到停采线。出架通道顶板最后2排支护每排均采用锚杆和锚索交替按间排距800mm×800mm进行支护，即打一棵锚杆距离800mm打一棵锚索。

    5  结论

    1）实践 表明锚杆、锚索、金属网等构件组合形成悬吊作用、组合梁作用和加固作用，使被锚固岩层形成一个整体承载结构，改变了下部岩层受力状态，提高了岩层自身承载能力，有效地控制巷道围岩的早期离层，减少巷道围岩变形，提高了巷道支护的可靠性。

    2）通过分析比较支护效果，以及具体施工实践表明，采用锚杆与锚索联合支护技术，可以加快施工进度，并可以有效的控制巷道顶板围岩的下沉，避免巷道的重复翻修，围岩基本趋于稳定，完全满足巷道使用要求，达到预期的支护效果和目的，在技术上和理论上均切实可行。

    3）锚杆与锚索联合支护技术有支护效果好、施工快捷、支护成本低、工人劳动强度低、安全可靠性高和作业环境好等特点。4）锚杆与锚索联合支护施工工序简单，工艺成熟，施工方便，易于操作，是一种积极主动的支护方式，应该大力推广和广泛应用。

    参考文献：

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