煤巷合理支护技术及施工工艺探讨

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摘要：研究了锚杆支护技术在煤矿掘进巷道发展中的作用理论及施工设备的工艺要求，从而有效提高锚杆支护技术的运作效率及施工的安全性。

关键词：掘进巷道；锚杆支护；施工工艺

在煤矿巷道掘进技术生产过程中，采用合理的支护技术会使煤矿生产得到有效的安全保障，同时也会促进煤矿的经济发展。目前煤矿开采工作大多采用锚杆支护技术，同传统的木支护技术及型钢支护技术相比，煤矿开采效率大大提高，具有安全高效的特点，在开采过程中取得较为理想的效果。锚杆支护技术从整体效果来看，不断提高中国的煤矿开采水平及成巷进度，节约了大量人力物力，取得较好的发展技术及经济效益，目前是中国现代化煤矿开采技术发展的必要阶段。

1锚杆支护的本质作用

锚杆支护技术的本质是利用锚杆固定住巷道浅层的岩体，并实现承载结构的稳定性。为了实现锚杆支护的作用效果，要保持锚杆加固的结构完整性，避免出现大面积泄露或网兜现象；锚杆支护的重要作用是加固岩层结构的承载力，通常会根据承载结构内压的实际大小及预应力的扩散面积来判断承载能力，锚杆支护必须具有良好的刚度及预应力效果，预应力的扩散作用对支护技术有着重要的影响效果，比如留巷的巷道具有相对较大的承载能力，而动压巷道与静压巷道相对来说承载能力较弱；承载结构要有足够适当载压的内部煤层体，当煤岩层发生较大强度的深岩来袭，要利用锚杆支护结构来控制深岩强度破坏，而锚杆支护结构能适当地向外推出整体的承载结构。此时应该保持承载结构的完整性，避免因失效的支护结构而引发重大的冒顶片帮等事故，因此要控制锚杆支护在动压较强的煤矿巷道内存在过长的锚杆长度，避免造成锚杆由于动压作用而发生断裂，影响施工效果[1]。

2锚杆支护技术的作用原理及施工要求

2.1锚杆支护技术的理论分析

为了更好地理解锚杆支护技术的作用原理，首先需对中国煤层周围的巷道做大致的调查，比如煤矿周围的巷道被破碎围岩体包围，不具有支撑作用，如果脱离了支护的支撑，围岩体很可能脱落，此时具有悬吊作用的锚杆支护技术便发挥不出悬吊作用。通常锚会被固定在周围岩层上，而锚杆支护技术就是靠悬吊作用将煤矿巷道内的围岩体用锚杆悬吊起来，从而形成有效的支护效果。悬吊作用的原理是将煤层中下部不稳定的岩层悬吊在上部坚硬的岩层上，从而增强锚杆的拉力作用。锚杆支护技术通常也会应用于组合梁理论和组合拱理论，中国煤层围岩体多属于层状岩石，破碎程度较深的围岩体一般会通过自身摩擦和相互挤压的作用力而产生一定的稳定状态，在这种环境下，锚杆支护会起到一定的承载力，利用锚杆将围岩体固定为一个整体状态，从而增强承载能力。此时组合拱理论更适用于这种地质环境，组合拱理论的作用原理能合理解释围岩体破碎后仍能处于稳定状态。比如在解决大面积巷道的支护措施，锚杆支护可利用组合拱理论将破碎围岩体组合成一个整体，便会形成具有稳定状态的承载力较强的拱形结构，从而防止围岩体因过度垮落而变形，为工作环境创造一个安全有效的运作机制。随着中国不断加大对煤矿的开采深度与进度，相对完善的锚杆支护技术也在不断适应复杂多变的煤层，只有深刻理解锚杆的支护理论，才能有效把握煤矿巷道开采工作的进程，从而充分实现锚杆支护技术的作用理念。

2.2锚杆支护技术的施工要求

锚杆支护的作用范围较广，但在实际施工中，要重点把握锚杆的具体施工要求，尽量减少系统误差。比如首先确定锚杆孔的位置，锚杆孔需要提前控制到位，为了控制系统误差，必须选取间距低于100mm且轴向角度低于5°的锚杆孔，将锚杆孔长度尽量控制在长于锚杆体的有效长度与低于锚杆体长度有余30mm。安装锚杆时要注意将锚杆直接对准锚杆孔底，锚杆尾部剩余距离不能超过20mm，保证锚杆安置妥当，不影响安装进程。根据煤矿施工的严格标准，应在整个巷道掘进工作面的范围内悬挂作业牌板，作业牌板的安置悬挂应置于通风照明处，方便施工人员监督与排查。对于较为复杂的煤层区域，可实行特殊的支护手段，比如具有强化功效的加密锚杆。在施工过程中，要重点排查出现问题的煤层区域，控制危险系数，保证在安全环境下作业，此时便要求对支护巷道的稳固性及顶板支撑的锚杆进行定期检查与修护，比如煤矿巷道内存在浮石，应及时毁掉原有的锚杆钻孔，并在此基础上用型钢材料做锚梁，同时安装钢筋混凝土锚杆；巷道内经常发生岩崩危险，应及时清理崩落的岩石，用锚杆固定住煤矿巷道内的下部，在锚杆支护下，可降低岩层再次崩落的频率[2]。

2.3锚杆支护技术发展现状及存在的问题

煤矿巷道掘进工作采用的支护技术经历了木支护、砌碹支护、型钢支护及锚杆支护，显然锚杆支护技术的应用效果强于其它几种支护手段，主要从其支护材料、设计理念及检测技术上可体现。锚杆技术可适应较为复杂的岩层，支护破碎程度较深的围岩层，使其整合为一个整体不至于脱落，新型组合锚杆支护不仅可起到悬吊作用，还能增强岩层承载力，从而提高了煤矿掘进工作的安全性能。然而锚杆支护技术在应用过程中会出现一些问题，比如机械化程度不满足现代煤矿掘进巷道技术，机械化程度受到中国煤层地质条件及掘进设备影响较大。部分地区发展不发达，煤矿锚固工作在空顶环境下使用手持式钻机，不仅工作效率低，且危险系数极高，稍不注意就会引发煤矿灾难。锚杆支护的配套技术也亟待完善创新，比如对煤层巷道进行钻眼工作，钻眼过程会随之出现大量水流与气流，并冲出钻孔内的岩屑，对工作人员有极大的冲击力，同时加大了施工难度。锚杆支护技术尚处于研究阶段，一些实质性问题比如掘进效率低、锚固作业匹配程度低等，作业匹配程度低就会影响掘进效率，还可能损坏煤矿巷道的工作地板，因此，提升锚杆支护的作用机制，要从不断提高作业之间的匹配度，从而有效提高作业工作效率。

3快速掘进与支护一体化设备施工工艺研究前景

锚杆支护技术最早发展于德国谢列兹矿，20世纪50年代中国开始在煤矿掘进巷道中推进锚喷支护技术，随后吸收外国先进的锚杆技术，其安全高效、高收益、低成本的优点被人们所熟知，其应用前景逐渐向着快速掘进与支护一体化发展，经过多年应用探索，中国的锚杆支护技术逐渐拥有高端的支护材料、新颖的设计理念及高效的监测技术。随着中国不断加大回采工作面的机械化水平，煤矿采掘工作跟不上回采工作面的推进步伐，这就导致煤矿开采面临现实的发展难题，从而降低了煤矿巷道掘进的工作效率，也拉低了煤矿工业的经济需求。中国现阶段采用的锚杆技术是综合掘进机械化的普通作业性质，利用综掘机综采煤，胶带机运送煤，多为人工操作的单体锚杆钻机。该巷道掘进配套技术自动化程度较低，一般掘进深度每月平均为300m，最好的情况也是低于800m，掘进效率并不能满足现代煤矿生产需求。一般造成掘进效率低的主要原因是快速掘进与锚杆支护技术不能实现一体化，且支护时间相对于割煤时间较长，回采工作面的割煤时间大约占17%~34%，支护时间高达67%。随着中国不断引进外国先进的支护技术经验，逐渐实现快速掘进与支护一体化，从而有效提高了煤矿月进尺度，其中在神东矿区大柳塔矿实现了连续采煤机与锚杆台车的推进使用，采掘尺度为月进尺1500m，这无疑是坚定中国新型锚杆支护技术的支持态度。由于外国的掘进配套模式并不完全满足中国的煤层开采条件，而要实现月进尺高于800m的巷道快速掘进设备及配套的施工工艺，必须在了解中国煤矿复杂条件的基础上，研究适合中国煤矿条件的掘进配套模式[3-5]。

4结语

锚杆支护技术应用领域极为广泛，是中国发展较为前端、经济前景较为发达的高新技术。锚杆支护技术弥补了传统支护技术的不足之处，在安全性质、经济效益及运作效率等方面均发挥了重要作用。面对中国复杂多样、开采强度大及开采深度大的煤巷来说，尽管锚杆支护技术的作用范围较大，但更需要开发新型的支护技术，针对不同性质的地质情况，应采用相应的锚杆材料及施工工艺，这样才能有效提高生产效率，取得良好的支护效果，为安全生产提供了保障。

作者:田新军 吴建国 邓宗平 单位:湖北坤翔建设工程有限公司

参考文献：

［1］胡滨.全长预应力锚杆树脂锚固剂力学性能研究［D］.北京：煤炭科学研究总院，2013．

［2］康红普.煤巷锚杆支护动态信息设计法及应用［J］.煤矿开采，2013，15(3)：5-8．

［3］康红普，王金华，林健.高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用［J］.煤炭学报，2007，32(12)：1233-1238．

［4］刘晓恒，王锴，江帅，等.煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与分析［J］.煤矿机电，2013(2)：71-73.

［5］张建新.浅谈煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用［J］.价值工程，2014(23)：12-13.