前言

 

　　煤巷直接服务于采煤工作面，其巷道位置一般不易选择，围岩呈层状，强度较低，并且受工作面采动影响，围岩变形量大。为了保证巷道在整个服务期间内不维修或少维修，满足工作面的正常开采，固庄煤矿推广了锚杆支护技术。它能充分发挥原岩自身的承载能力，提高支护强度，降低支护成本，实现安全、优质、高效，成为本矿支护改革的有效途径。

 

　　1锚杆支护机理

 

　　巷道的破坏，是从巷道边界点即临空自由面开始层层破坏剥落的。巷道掘进，破坏了原岩应力状态，使巷道临空自由面失去了法向应力，必然引起法向位移。岩石的变形位移，又会产生新的反向应力，直至形成应力平衡，不再引起新的位移。形成这种应力平衡的条件就是岩石的完整性好，可以形成一定的弹性变形。锚杆置入围岩内部后，通过锚固形成的围岩预应力，使锚杆周围的围岩形成承压能力，进而形成起支护作用的岩石应力拱或梁。被支护巷道断面形式的不同，锚杆支护的作用机理也不同。典型的锚杆作用机理理论有悬吊理论、组合梁理论、楔固理论和锚杆桁架理论等。不论什么理论都离不开锚杆对围岩应力状态的改善这一基本机理。锚杆的作用就是在失稳的围岩自由面上，再施加一个约束力，提高岩石特别是破碎岩体的抗剪、抗压强度，使围岩形成能够承载的支护结构。

 

　　锚杆对岩体的加固作用比较复杂，概括起来主要表现在以下几方面：

 

　　（1）锚杆施与围岩的预应力，提高了岩体的抗变形能力，加强了岩体的整体稳定性；

 

　　（2）当锚杆穿越破碎岩石深入到稳定岩层时，由于锚杆的抗拉作用，对不稳定岩层起着悬吊作用；

 

　　（3）对于大跨度巷道断面，锚杆抗剪、抗拉作用对岩层离层可产生一定的阻力，增强了岩层间或破碎岩石间的摩擦力，阻止了岩层的相对滑动，使各岩层形成组合梁作用。

 

 

　　2.1锚杆的材质

 

　　锚杆常用的金属材料多采用Q235（A3）圆钢作为锚杆杆体，其屈服强度为240MPa。这种材料的力学性能直接影响着锚杆的强度和可延伸性等力学性能，再加上加工工艺的局限性使其锚尾有效直径比锚杆实际公称直径小1.8～2.1mm，截面面积减少20～25%。大量研究表明，锚尾的受力十分复杂，不但承受轴向拉应力，还要受到弯曲应力的作用，工作条件恶劣，受力大，因此，要求锚尾的螺纹强度有效截面直径不小于杆体的实际公称直径。采用高强度或者超高强度金属材料作为杆体材料，可以大大提高锚杆的力学性能。

 

　　2.2锚固剂

 

　　锚固剂材料原先都是采用快硬水泥锚固剂，这种锚固剂在使用过程中，存在水灰比难于掌握、凝结时间长、施工难度大、人为因素影响波动大等缺陷。锚杆与围岩紧密接触，可以使锚杆与岩体之间具备良好的传力性能。采用树脂锚固剂可以使杆体强度大大提高，尾部螺纹强度基本上与杆体本身等强。树脂锚固剂可以缩短固化时间，安装后15min，树脂固化程度就可以达到80～90%。与传统锚固剂相比树脂锚固剂具有：初锚力大、锚固可靠、超早强、微膨胀、承载快、便于操作等特性，可以减少人为因素的影响，达到最佳的锚固效果。近年来随着矿井开采深度的增加和地质条件的不断变化，使树脂锚固剂的应用研究也进一步拓宽。

 

　　2.3支护时间

 

　　煤矿巷道在开挖后，围岩的受力状态发生了改变，由原来的三向变为二向受力状态，变形和位移开始加大。如果这时得不到及时支护，就有可能对巷道的安全造成隐患，准确把握支护时间，对于巷道支护效果至关重要，在工程实践中，一般从放炮到锚杆的安装以不超过4h为宜，在一些稳定性较差的岩层中，支护应紧跟工作面，以不超过2h为宜。

 

 

　　3.1合理选取参数，保证巷道成形好

 

　　巷道宽度是影响巷道稳定性与确定支护参数的主要因素。因此，施工时要严格按照设计要求控制巷道宽度，应尽量减少施工对巷道围岩的工程破坏，以保证巷道成形质量，尽量用全断面施工，少用分部开挖法，以提高围岩自稳能力。用爆破法掘进巷道时，宜采取光面爆破法。在软煤或裂隙发育煤体中，应坚持“护顶先护帮”的原则，提高两帮煤体的支护强度对两帮要预留200～300mm爆破，爆破后用全高刷齐。

 

　　3.2及时支护顶板

 

　　巷道开挖后，应及时对其进行支护。施工中严禁空顶作业，临时支护必须符合作业规程规定，紧跟工作面。临时支护的单体支柱必须保证足够的初撑力；之后，在临时支护的掩护下对巷道进行锚杆支护。锚杆支护时要确保锚杆孔的角度、深度、间排距符合设计要求，严格掌握搅拌时间。

 

　　3.3控制好两帮最上部锚杆的角度

 

　　巷道两帮最上部锚杆与煤帮水平线呈10～15°角向顶板方向斜插。其目的是尽量使锚杆锚固端处于岩石中并增大垂直力，提高帮部支护效果。因此，钻孔前应严格按照设计要求确定孔位，并做好标记。钻孔时应确保孔位、孔深与角度符合设计要求。

 

　　3.4重视顶板两隅角处锚杆的角度

 

　　顶板两隅角处锚杆和钢带梁联合承担冒落岩石重量，中间锚杆起组合岩层制止其位移过大的作用。所以，两隅角处锚杆锚固后端头要在各自所在帮的开挖破坏深度以外，角度应控制在与水平面夹角成60～75°之间。由此，使锚固垂直应力落在强度较大的帮部围岩中，以增加顶板岩梁的抗剪能力和加强围岩梁提供的两个支点的支护抗力。

 

　　3.5严格按照规定及时预紧螺母

 

　　锚杆支护的最大特点就是及时主动支护。对于端部锚固锚杆，实现及时主动地支护围岩主要是依靠托板与岩体的接触，使锚杆与围岩形成支护体系，使围岩表面由受拉区转化为受压区，将围岩受力状况由二维状态转化为三维状态，使围岩由脆性向塑性转变，阻止围岩表面破坏和变形，提高围岩的稳定性。如果说托板是围岩与锚杆相互作用的桥梁，那么这个桥梁的作用是靠预紧螺母实现的，也就是说预紧螺母对锚杆施加预应力是形成挤压加固带的前提。然而，由于对锚杆预紧力作用认识不足，施工中，预紧螺母凑合马虎，不是预紧力低就是预紧不及时，常常造成锚杆失效，顶板离层，为事故的发生埋下隐患。因此，及时预紧螺母是防止工作面顶板事故的重要措施，也是现场施工检查锚固端部内在质量的主要手段。

 

　　3.6严格监测锚杆内在支护质量

 

　　现场监测是巷道施工的核心，是判断围岩稳定性，检验设计与施工正确性、合理性的重要手段。因此要严格实行锚杆施工质量监测，坚持做好锚杆受力与顶板离层量监测，及时反馈信息，修正设计参数和施工程序，实施施工过程的动态管理。实行二次支护由于煤巷直接服务于采煤工作面，围岩强度较低，且受采动影响变形量大，为保证安全，应根据顶板离层量及锚杆承载情况决定是否进行二次支护。当发现顶板离层量（或锚杆承载）超过（或接近）临界值（锚杆抗拉强度）时，应针对不同情况及时采取相应的措施。二次支护可采取的措施有：加大支护密度，

 

 

　　锚杆支护由于其特有的优势，已经成为当今巷道支护改革的主要趋势。在使用锚杆进行巷道支护实践中，要因地制宜，采取合理措施，提高支护质量。