摘要：本文就影响锚杆支护效果的因素和提高锚杆支护安全可靠性的措施作以分析，以便和同行交流学习。

 

 

　　煤巷锚杆作为一项技术上先进、经济上合理的巷道支护技术，因其具有支护效果好、支护成本低、工人劳动强度低、作业环境好、安全可靠等优越性，近年来在煤矿回采巷道支护中得到了长足的发展，带来了巨大的社会和经济效益。据不完全统计，1995年国有重点煤矿当年新掘煤巷中锚杆支护比重仅为15%左右，而且主要使用在围岩条件比较简单的Ⅰ、Ⅱ类回采巷道；到2003年煤巷锚杆支护比重达到30%以上，其中国有矿井已达到50%以上，而且逐渐推广应用到围岩条件复杂的Ⅲ、Ⅳ类巷道，使我国煤矿巷道支护技术发展到一个崭新的阶段。美国、澳大利亚等一些国家对锚杆支护技术进行了全面的研究，取得了良好的效果，但是，这些国家的开采地质条件相对较好，开采深度小，与我国煤矿巷道条件有较大的区别。我国煤矿的软岩地层分布十分广泛，，已初步地将锚梁网、锚喷网、锚索等应用到软岩巷道支护中，但采准巷道还要经受采动的频繁影响，大部分巷道服务年限内的围岩变形量都很大，锚杆支护的安全可靠性仍是尚待解决的难题。因此，本文就影响锚杆支护效果的因素和提高锚杆支护安全可靠性的措施作以分析，以便和同行交流学习。

 

 

　　锚杆支护技术在20世纪40年代美国、前苏联就已在井下巷道中使用。经过几十年的发展，美国、澳大利亚等国锚杆支护使用很普遍。锚杆支护机理研究随着锚杆支护实践在不断发展，在支护理论方面，目前，国内较成熟的锚杆支护理论主要可归纳为4大类：

 

　　1.1基于锚杆的悬吊作用而提出的悬吊理论，该理论认为把由于开挖、爆破等造成的松动岩块稳固(悬吊)在稳定岩层上，防止破碎岩块的冒落，在坚硬节理发育的岩块处，锚杆通常起这种作用。

 

　　1.2基于锚杆的挤压作用提出的组合梁理论，其实质是通过锚杆的径向力作用将叠合梁的岩层挤紧，增大层间的摩擦力，同时锚杆的抗剪能力也阻止层间错动，从而将叠合梁转化为组合梁。

 

　　1.3基于锚杆的加固作用提出的组合拱理论，该理论认为锚杆能限制、约束围岩土体变形，并向围岩土体施加压力，从而使处于二维应力状态的地层外表面岩土体保持三维应力状态，锚杆的组合拱作用机理是锚杆制约围岩纵向和横向变形的能力的组合。

 

　　1.4国内很多学者对锚杆作用机理做了大量的深入研究与探讨，综合锚杆各方面的作用而提出的松动圈支护理论、锚固体强度强化理论、典型类比分析法、锚注理论、最大水平应力理论以及锚杆桁架支护理论等。

 

 

　　2.1现有锚杆支护设计方法的欠缺目前煤巷锚杆支护设计主要以工程类比法和理论分析法为主。采用工程类比的方法，凭经验，缺乏科学的设计依据。采用理论分析法时，在井下工程实践中，各种条件不断发生变化，无论采用哪种设计方法，实际要求的支护参数不可避免地与计算的支护参数之间产生偏差，目前尚未形成综合各种支护原理的锚杆支护参数计算方法。实际用于设计的基础参数是巷道周围某几个点(甚至仅一个点)的综合地质技术资料的平均值，设计出的锚杆参数为整条巷道服务，导致巷道绝大部分区域设计的锚杆参数过高，又使巷道的某些局部地质技术条件变化区域设计的锚杆支护参数不足，引发局部冒顶事故。

 

　　2.2地质条件预测不全面煤矿岩体一个极其复杂的地质体，在进行巷道布置和支护设计时，很多煤矿生产部门不充分了解围岩各类地质条件。在实际生产中，很少采取有效手段对围岩强度、围岩结构、锚固性能进行测试，支护设计理想化，各种弱面尤其是沿巷道走向方向的弱面，不能被及时发现并采取针对性的加强支护措施，很容易发生顶板事故。

 

　　2.3锚杆施工工程质量不可靠煤巷锚杆支护作业的工程质量有一定的隐蔽性，顶板破坏失稳一般无明显预兆，一旦发生冒顶，规模经常较大。另外在实践中，由于受施工机具、安装工艺、操作人员素质等影响，高预拉力锚杆很难实现，不能预加锚杆足够的初锚力。

 

　　3提高锚杆支护安全可靠性的建议

 

　　3.1科学的锚杆支护设计方法在借鉴国外经验的基础上，结合我国的具体情况，以地应力现场实测值为基础，总结研究出“地应力学评估→初始支护设计→现场监测→信息反馈及设计的修正完善”的动态设计方法，该设计方法的针对性强，可靠性高，可以预测巷道顶板围岩的稳定性，工程质量易于保证，有利于科学化管理，简化了设计基础数据的采集工作。另外在进行地应力学评估时，生产部门应运用先进的设备和技术，对地应力大小、围岩强度和结构、围岩位移及破坏范围进行测试，弄清煤层围岩体物理力学性质，认真分析井下生产地质资料，为合理支护设计提供科学依据。

 

　　3.2高强度、高预应力组合式锚杆支护体系

 

　　3.2.1开发推广等强锚杆。一般地螺纹钢锚杆加工时采用先车后滚丝的工艺，螺纹处的杆体强度损失20%左右。当巷道顶板受动压或冲击地压影响时，往往在螺纹部位突然断裂而使锚杆体失效。因此，应采取措施提高螺纹部位的强度，使锚杆在整体上具有等强性。

 

　　3.2.2预应力锚杆和锚索、桁架的组合支护。在高地应力厚层复合顶板条件下控制巷道变形和防止顶板离层方面显示出其巨大的优越性，组合支护的关键是同步承载和刚度匹配问题，按目前的技术水平，高性能锚杆预拉力仅不超过20～30kN，因而锚索和桁架的预拉力一般不应超过60～80kN，才能形成同步承载。

 

　　3.2.3可靠实用的矿压监测技术锚杆支护属于隐蔽性工程，设计不合理或者施工质量不合要求，常常会造成顶板离层冒落。矿压监测是锚杆支护的一道重要的安全防线，支护参数是否合理，支护效果如何，全靠是常矿压监测提供数据资料。按照不同用途可分为3类：锚杆支护巷道安全监测的内容主要有两方面：一是巷道围岩位移量的监测，例如LBY—3型顶板离层指示仪和多点位移计；二是支护构件(锚杆、锚索)受力的监测，例如GYS—300型锚杆(索)测力计、CM—200型测力锚杆。三是用于监测锚杆性能及安设质量的锚杆拉力计，包括杆体性能质量、锚固剂质量和锚杆施工质量。锚杆巷道的监测与锚杆巷道的设计和施工同等重要，应尽早尽快规范监测手段，规范监测内容。及时掌握巷道顶板下沉及离层状况，发现异常，及时采取补强措施，确保锚杆支护效果及安全可靠性。

 

　　3.2.4完善和发展配套的锚杆机具我国目前使用的锚杆钻机存在钻头、钎杆的零部件质量不够高、打眼及药卷和拧螺母安装速度慢等主要问题，因此，要实现快速掘进，一定要研制新型锚杆钻机及其配套的系统零部件。当前由煤炭科学研究总院上海分院设计、中国矿业大学机械厂生产的MDS3型电动锚杆钻机性能较好，有良好的应用前景。另外现有掘进机不带锚杆钻机，不能实现切割与锚杆支护平行作业，严重影响掘进速度。现在澳大利亚液压工程公司生产的机载锚杆机，拥有ARO4000系列顶锚杆钻机、ARO5500系列帮锚杆钻机等型号，可安装在任何型号掘进机上，能够实现顶帮锚杆的快速安装。“八五”期间，我国在原有掘进机上进行了机载锚杆钻机的研制，效果欠佳。研制掘锚联合机组，它将是我国煤巷快速掘进的又一发展方向。