摘要：随着矿井开采逐渐向深部发展，在浅部呈现中硬岩变形特征的工程岩体在深部转化为高应力软岩，矿压显现强烈，巷道位移显著增大，围岩破坏严重，巷道返修量剧增，巷道维护变得异常困难，常规支护方式已不能控制巷道围岩的变形，探索深部巷道的有效支护方式，提高巷道围岩的稳定性，已成为煤矿安全高效开采的一个重要课题。

 

　　引言：经过“九五”攻关，我国煤矿巷道锚杆支护已基本形成系统并相对成熟，使用范围也从岩巷扩大到岩巷、各类硐室、大跨度切眼等特殊地下工程，目前已成为煤炭企业建设高产高效矿井的支撑技术和自主推广应用的主导支护技术，对煤炭企业产生了十分积极和深远的影响。

 

　　一、高性能(预拉力)锚杆支护

 

　　岩巷树脂锚杆是指对岩层及岩层起锚固作用、维护围岩稳定的杆状结构物及附件，其种类和结构繁杂多样，但各矿井一般都将其作为简单材料，分散加工，规模小质量不稳定，使用效果差，根本原因在于对锚杆加工要求和结构必须具备的基本性能不清楚。随着这一技术的推广应用和普及，客观上要求提高锚杆整体性能及加工精度，特别是困难复杂条件下应用该项技术对锚杆的性能提出了更高的要求，把锚杆作为一种简单的支护材料已不适应全面推广这一新技术的要求，必须使锚杆加工系列化、规范化、标准化，只有高性能的成套锚杆才可能满足地质条件复杂多变的需求。

 

　　二、小孔径预应力锚索

 

　　小孔径预应力锚索由预应力高强度钢绞线、专用托盘、锁具和锚固剂组成，其中钢绞线内锚固段需安设毛刺和挡环，以满足搅拌树脂和锚固要求。

 

　　锚杆和锚索联合支护解决了大量的岩巷支护技术难题，已作为经验在现场推广应用，并成为解决复杂条件的基本形式。但从使用效果看，尚存在一些问题：

 

　　1、由于外端头受力不良，实测钢绞线破断力一般在200kN左右，和20mm的20MnSi螺纹钢锚杆170kN相近，强度区别不明显。

 

　　2、钢绞线延伸率仅有3.5%，抗变形性能差，和锚杆承载不同步，易超前锚杆集中受力；过高的预拉力必将进一步加剧锚杆和锚索的不同步承载现象，导致各个击破。

 

　　3、与围岩点接触，软弱岩体受点载荷时，顶板强化效果不明显；

 

　　其安全可靠性也值得探讨：

 

　　(1)锚索的破断现象及原因分析，当高地压区巷道采用锚杆和锚索联合支护时，常常在掘进初期锚索钢绞线就拉断，而巷道整体变形仍较小，究其原因主要是锚杆和锚索刚度相差较大，不能同步承载，而锚索本身的破断力不大，又没有延伸性能，所以初期的剧烈变形压力由锚索承担；而部分锚索失效后巷道仍很稳定，围岩后续变形小；

 

　　(2)现场实践表明，当锚索作用范围超过5m以后，以目前的初张力水平对中间部分岩体的作用已非常小，因而难以从根本上控制顶板的离层，即采用锚杆、锚索组合支护技术也难以避免厚层破碎顶板条件离层破坏；破碎顶板已出现离层破坏时，锚索支护的强化作用很小，一般不能保证安全，有锚索连根垮落或沿钢绞线周围抽冒的现象；

 

　　(3)内锚固端的三径匹配不合理，锚固性能不可靠；

 

　　(4)锚索一般按悬吊理论解释和设计，但很多巷道顶板不稳定层很厚，10m范围内找不到可以悬吊的稳定岩层，现有的施工及安装工艺使其锚固深度受到限制；大量的实践表明当内锚固端位于所谓的不稳定岩层，即采用短锚索仍可以起到较好的加固作用，因而锚索的支护机理需要进一步研究。

 

 

　　顶板的离层破坏从根本上讲是层状顶板的不协调变形，在相同或相近的受力状态下，下位岩体常常表现出更大的弯曲变形，即离层。控制离层或从根本上消除离层的最直接最有效手段是在高预拉力锚杆支护的基础上，进一步强化低位岩体的力学性能，改善其受力状态，美国开发的高预拉力钢绞线桁架系统，将处于受压状态的巷道两肩窝深部岩体作为锚固点和支护结构的基础，通过高强度的预应力钢绞线传递张拉力，直接作用于顶板浅部围岩，它大大简化了普通锚杆桁架所必须的复杂结构，并由专用机具实现初张力。该种支护形式可以在顶板未出现离层时强化顶板，减少变形；出现离层时，形成可靠的兜护效应，阻止巷道顶板冒漏，确保巷道的安全使用。

 

　　两种以上的主动式支护方式的联合即组合支护，常见的是预拉力锚杆和预拉力锚索的组合支护，已有大量的工程实践；高性能预拉力锚杆和钢绞线预应力桁架的联合支护国内刚开始试用，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已较锚杆锚索组合支护显示巨大的优越性。组合支护的关键是同步承载和刚度匹配问题，应该指出的是锚索的使用是有误区的，部分设计锚索初张力不低于100—120kN，使围岩初期的变形压力完全集在锚索钢绞线上，不能和锚杆支护有机组合，起不到联合支护的作用。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。

 

　　结束语：由以上分析可见，岩巷锚杆主动支护体系包括三种基本形式，他们的共同点是都具有预拉力，在施工安装完成后即和围岩产生一个显著的相互作用力，这里锚杆是支护系统的主要构件和基础，因此把它称之为预拉力(锚杆)支护体系，这是真正意义上的主动支护体系，它解决的很多复杂的支护问题是其他锚杆支护技术所无法完成的。