煤矿锚杆支护技术是近几十年来巷道支护发展的重点方向，也是支护推广的一项新技术，它以其优越的支护原理、简单的工艺、经济的造价和良好的支护效果等优点，被迅速的得到发展和应用。淮北矿业集团自从引进锚杆支护技术以来，取得了较多的成功应用实践，创造了可观经济效益。但是，在实际施工过程中也暴露出了不少问题，尤其是近几年出现的几次冒顶事故，给安全生产及锚杆支护技术的推广也带来了一些负面影响。从问题的分析结果看，特别是软岩支护、地质破碎、构造带的锚杆支护技术，是需要特别关注的，也是锚杆支护所要研究的重点技术的方向。

 

　　二、问题的存在

 

　　现根据锚杆支护技术在某矿巷道支护中发生的问题，分析锚杆支护所存在的一些实际问题。

 

　　1）某工作面下运巷冒顶事故。某下运巷沿煤层顶板采用锚杆支护，其煤质较为松软，裂隙发育，易片帮；煤层厚度：1.9～2.2m，煤层倾角：20～20.5°。而直接顶为浅灰色细砂岩8.7m，泥质胶结，易风化；伪顶为灰色泥质粉砂岩0.95m，质松软裂隙发育；直接底为黑色粉砂岩7.81m，呈水平层理，中部细砂岩，下部泥岩。在掘进施工期间，按常规标准对锚杆进行了监测均符合规定，但冒顶却发生在了下运巷470m左右，而距施工迎头约40。仔细检查时发现，该处顶板有约800mm的松散破碎的粉砂岩，施工时即使采取了相应措施，仍未避免发生摧挎性冒顶事故，以致造成垮落长度近8m。

 

　　2）上工作面锚杆支护状况分析。

 

　　①地质状况。该区域巷道沿煤层顶板采用的是锚杆支护，其煤层赋存稳定，结构单一。煤层厚度2.4～4.0m，平均3.2m，倾角22°。伪顶为粉砂岩，厚度0.5～0.8m，含植物化石，层理、裂隙发育；直接顶为3.12m浅灰色凝灰质胶结的粉砂岩，遇水膨胀变软，易风化；老顶为12m灰色中细砂岩，泥质凝灰质胶结，遇水膨胀；直接底是灰黑色粘土岩，厚度0.87m，层理、裂隙发育；老底则为浅灰色细砂岩，厚度6.8m，矿物以石英为主，并含凝灰质胶结物。

 

　　②冒顶事故分析。在该工作面锚杆支护的施工中，由于顶板岩性的特殊性，岩石粉碎成粉状，吸水后粘度较大，支护时曾出现堵钻杆的现象（打锚索时明显），按规定也做相应拉拔试验及离层观测等相应检测，均符合要求。但在施工中，后路巷道都存在锚杆托盘崩落、断锚杆、锚索及钢带焊点断裂等破坏现象，同时巷道也出现了严重变形，表现为顶底板及两帮移近量增大，顶板弯曲下沉、底鼓、帮鼓。部分断面由3.5m×2.4m缩至为1.7m×1.5m，严重影响了生产。但经多次的清卧刷帮和加强二次支护，也曾发生过二次冒顶事故。在一次上风道200～208m处冒顶长度却长达8.6m，顶板沿巷道走向两端切落，冒落高度2.0m左右。冒落后上顶为倒漏斗形状态，其顶锚杆受力出现了S形弯曲，锚索被折断。另外，在下运巷也曾出现过冒顶事故，其冒落长度约5m左右。在施工过程中，因多处地点的巷道围岩破碎，所以最终改用了架棚的方法支护。

 

　　3）存在的问题分析。虽然在引进锚杆支护技术以来取得了许多煤层中的成功支护，积累了不少的经验，但从实际施工中也发现和暴露出诸多问题，需要合理地进行有效支护。存在的问题主要体现在以下几个方面：

 

　　①由于巷道的围岩松散、破碎，导致了其整体性差。锚杆在这种情况下支护难以有效，且施工中存在成孔困难，无法实现钻孔安装锚杆和锚索等问题。

 

　　②掘进巷道在过断层和地质破碎地带的情况下，由于顶板很容易垮落，因此必须进行超前支护和加固。由于围岩破碎给施工带来了困难，迫切需要一种快速有效的超前加固方法。

 

　　③软岩巷道的底鼓治理。该巷道的底鼓治理也是软岩支护的一个难题，需要有效解决。

 

　　④由于巷道使用一段时间后，围岩的变形量大，其片帮、锚杆失效，顶板离层明显弯曲下沉，已不能满足生产要求，必须进行及时维修和强化支护。对于此类的巷道围岩有较大范围的破坏，其浅部围岩松散，从而导致了锚杆支护失效，容易发生冒落现象。再者，在施工时，锚杆使用的密度很大，其围岩的变形仍十分剧烈，以致使得支护效果很不理想。变形量大（1～2m以上），往往超出了锚杆的锚固范围，以致锚固失效。

 

　　⑤在施工过程中，不能及时准确的把握复杂多变的地质条件；存在设计质量差，应用水平低的问题，同时设计也没有针对性；在管理方面存在缺陷；在施工质量方面，存在一定的问题；在技术管理方面，本身存在不完善的问题；在矿压观测工作上，其重视不够，检测手段也滞后。多种原因，从而到了多处的锚杆支护巷道跨落、冒顶。

 

　　三、锚杆支护技术的主要特点

 

　　锚杆支护是利用深入围岩内部的锚杆杆体对围岩进行加固，它能有效提高被锚固围岩自身的稳定性，从而达到应有的支护目的和效果。而根据围岩性质和结构不同，一般锚杆可起到悬吊、组合梁、挤压加固拱等作用。锚杆支护的主要优点就是：工艺较为简单、安装速度快、效率高、便于机械化作业、劳动强度也低，又可节约支护材料，降低支护成本。巷道断面利用率高、掘进量少，总体的技术经济效果好。缺点：它属于隐性支护，对支护质量、可靠性的监测和检测都不易，有时还会出现无明显先兆的冒顶事故。另外，对变形量很大的回采巷道，其支护效果不易保证，以致导致巷道的无法使用。因此，在巷道的支护过程中，应充分发挥它的优势的一面，克服缺点与弊端。

 

 

　　1、围岩松动理论的解释

 

　　采用围岩松动理论即可针对以上施工中出现的问题进行合理解释。一般巷道开掘后，由于岩体内部应力重新分布，即围岩出现了应力集中。岩体的物性状态有一个由弹性状态向塑性状态转变的过程，巷道周边围岩产生塑性变形，并从周边向岩体深部扩张，从而出现塑性变形区。同时，这也引起了应力向围岩深部的转移，并导致周边围岩松散、破碎和发生位移，最终导致巷道的变形。

 

　　在软岩巷道中，由于岩石的膨胀和崩解主要是松软岩石所表现的特征，其围岩里多为松软的粘土质岩层。巷道开掘后，粘土岩经不同程度的浸水或风化，体积增大，相应引起的压力也增大，使得围岩松动圈和塑性变形发展很快，给巷道稳定性带来了很大影响。不同性质的软岩，其影响程度也不同，即围岩性质对巷道变形和破坏有决定性的影响，软弱岩石或膨胀性岩石对巷道变形，以及巷道变形与破坏的性质，其剧烈程度都有重要影响。因此，软岩巷道掘进时受松动圈和塑性变形的影响，其巷道的稳定性较差，难以支护。

 

　　2、根据松动圈理论解决支护问题

 

　　对于围岩破碎、松散，是产生裂缝与扩张，导致围岩碎胀变形，以致造成支护变形破坏的主要原因。围岩中具有膨胀性矿物，且遇水易膨胀，从而导致巷道变形。锚杆支护的对象是围岩松动发展过程中的碎胀变形，它起到阻止变形的作用。锚杆作用于围岩松动圈或塑性区中，其随着围岩的松动破坏，围岩松散破坏失去自承力，围岩的自承力也难以维持平衡。锚杆支护不能有效的阻止和控制巷道空间变形，随着巷道围岩揭露时间的延长，松动圈的不断增大，那么就会表现为巷道顶底板及两帮、巷道断面全面收缩直至闭合，所以锚杆支护会失效。可以说，在一定程度上，锚杆的破断力小于围岩碎胀所产生的力时，其锚杆就会出现不同程度的破坏，直至断裂。

 

　　正常状态下，当锚杆的安设密度较大时，它能在巷道周围被加固地段内形成一定厚度的压缩带，这不仅可防止受节理等弱面切削的岩快产生滑动，而且锚杆本身也有抗剪销钉的作用，能有效的防止层间滑动。这种情况下，锚固层不仅能保持自身的稳定性，而且还有可能在一定程度上承受上位岩层的载荷和抑制变形与松动。相反而言，如果在特殊松软岩层中采用锚杆支护时，由于围岩物化膨胀，随着围岩碎胀的进一步增大，导致巷道变形量也随之增大。当围岩的塑性区大于锚杆的锚固范围，其锚杆相对而言就失去作用。这时，岩石及上覆岩层的重量大于锚杆锚固及围岩共同支撑作用而出现顶板下沉，直至垮落冒顶。因此，对于上述所讲的锚固层便有可能是整体跨落的原因。所以，在锚杆支护中，单独的采用加大锚杆密度的方法来控制软岩支护，这是极不合理的。

 

　　在软岩锚杆技术的推广应用和实施中，由于煤层赋存条件多样化，围岩结构复杂，部分条件顶板结构异常复杂，软弱夹层和层理十分发育，稳定性很差，极易发生离层垮冒，即使在同一巷道内顶板赋存状态也是频繁变化的，其构造影响随处可见，随时可遇。对于上述所谈的软岩巷道，锚杆支护不能有效的控制顶板离层，恶性冒顶事故也就难免发生。冒顶率：一般为万分之五；事故率：一般为五万分之一；金属支架类被动支护再次被启用。通过总结这些事故教训可知，单纯从提高锚杆的规格和加大使用密度的支护思想出发，导致的是成本增加，事故还不能有效控制。实际上，大多数巷道支护失效表现为锚固区整体垮落，其中锚杆受力很小，几乎没有折断现象。顶板的稳定性取决于锚固区以外的离层状况，单纯改变锚杆的长度和密度，只能在一定范围内限制锚杆长度范围内的岩体的变形，但锚固区以外的弱面离层是高强锚杆支护技术面临的一大挑战。根本问题就是必须围绕大大减少顶板离层或根本消除离层这一中心开展控制理论和技术的研究。所以，对软岩巷道的岩性及地质破碎带的锚杆支护技术的研究，需要特别关注。控制顶板离层才能今后锚杆支护技术发展的研究方向和重点。

 

　　五、结语

 

　　对于软岩、破碎顶板的巷道支护，必须进行岩体力学观测，然后根据松动圈理论，科学合理的选择支护参数与方式。这样才能保障锚杆支护巷道的安全，并达到节约支护成本，降低支护材料消耗的目的，并取得较好的支护效果。