煤炭巷道锚杆支护方案设计应用

摘要：近两年，我国煤炭行业呈现迅猛发展的趋势，一些老煤矿巷道所采用的棚式支护方式稳定性较差，难以满足煤炭行业发展提出的高安全、高效率要求。锚杆支护技术具有成本低、稳定性高的特点，已经在大型煤炭巷道支护中得到了广泛应用，对于保障煤炭的安全、高效生产具有重要意义。本文主要结合具体的工程实例，对锚杆支护方案的设计与运用进行了详细探讨，为保证巷道支护结构的稳定性提供参考。

关键词：巷道；锚杆支护；方案设计

引言

有关调查数据显示，在社会经济发展对煤炭需求量提出了更高要求后，采煤方法、采煤工艺和巷道支护技术均在一定程度实现了创新和突破。特别是巷道锚杆支护技术的应用，有效改善了煤炭传统巷道布置方式的局限性，已经促使我国煤炭支护结构形成了具有中国特色的锚杆支护成套技术体系。大量运用实践表明，锚杆支护技术因具有施工周期短、稳定性高、投入成本低的特点，已经成为煤炭巷道首选的主要支护方式，在保障巷道安全生产建设的同时，还能有效提高煤炭的产量和效益，这对于促进我国煤炭行业的可持续发展具有积极意义。

1巷道锚杆支护设计方法的研究现状

1.1锚杆支护设计方法分类

根据设计方式的不同，可以将煤炭巷道锚杆支护设计方法分为以下几类：（1）工程类比法。可结合煤炭所处区域的地质条件、围岩或松动圈稳定性等，寻找条件类似的煤炭区作为参考，并在此基础上开展支护方案设计工作。（2）理论计算法。结合煤炭所处区域围岩的具体条件，采用相适应的支护理论对巷道支护结构进行设计。（3）计算机软件法。通过FLAC、UDEC等计算机软件对锚杆支护结构的参数进行分析和设计，这种设计方法效率高、稳定性强。（4）利用监测设备对煤炭现场进行监测，并结合监测结果展开锚杆支护设计。1.2锚杆支护设计的根本目的煤炭巷道锚杆支护设计的根本目的在于提高巷道使用的安全性。在充分了解围岩条件的基础上，对巷道支护方案和参数进行合理设计，以减少安全事故的发生，同时还有利于提高成巷速度。在巷道支护施工中，锚杆支护方案设计主要包含两项内容：（1）支护结构设计。目前，我国煤炭主要使用的锚杆类型有非金属玻璃钢、圆钢和高强度螺纹钢，其中高强度螺纹钢在巷道锚杆支护中的应用效果最好。（2）支护参数设计。在巷道锚杆支护方案设计中，要严格保证支护参数设计的合理性，如果出现参数不合理的问题，则会造成支护成本过高、支护强度不够等一系列问题，容易导致巷道出现冒顶等安全事故[1]。

2工程概况

煤炭巷道因地质与生产条件的复杂性，对锚杆支护提出了更高、更严苛的技术要求。在锚杆支护施工中，可能会面临地质条件复杂、巷道受力差、动压影响强烈等问题。因此，在巷道锚杆支护施工中应结合煤炭巷道的实际条件，设计合理的支护方案，通常按照用途可以将煤炭巷道分为以下几种类型：（1）大巷道、主要上下山等，可为开采水平服务，且服务年限较长。（2）集中巷道、上下山等，可为采区服务，且服务年限比较长。（3）顺槽、回撤通道等，专为回采工作面服务，且服务年限较短。某煤炭区具有煤岩体强度低、煤层胶结差、煤岩体易风化等特性，给巷道支护带来了极大的困难。为了解决该煤炭巷道的支护难题，尝试实施了多种支护方案，虽然取得了一定成效，但尚未从根本上提高围岩的整体强度，严重影响了回采工作面的开采进度和效率。因此，该煤矿区与煤科院合作，在三区3-2S顺槽处进行了锚杆支护方案设计，以保证巷道支护的稳定性，从而解决该煤炭所面临的围岩松软破碎问题。

3煤炭巷道锚杆支护方案的设计与应用

3.1试验巷道地质与生产条件

在该煤矿三区3-2S一片工作面开采3-2#煤层，该煤层平均厚度达到6m，倾斜角度为15°~16°，煤层单轴抗压强度为4.9MPa，该煤层上覆3-1#煤层已经回采。3-2#和3-1#煤层之间的间距很小，且工作面范围内两个煤层距离底板的距离分别为5m、8m。对工作面的运输巷道和回风巷道均实施了锚杆支护设计，本文仅以回风巷道的锚杆支护设计方案为例。回风巷道的掘进断面呈现半圆拱形，宽度和高度分别为3.6m、1.1m，巷道埋深在360~380m范围内。

3.2巷道支护设计

通过利用现场监测、计算机软件等多种设计方式，确定采用树脂全长预应力锚固组合支护。结合以往的锚杆支护经验，锚杆采用高强度螺纹钢，直径和长度分别为Φ20mm、240cm。树脂全长锚固采用W型钢护板和菱形金属网进行加固处理，端部和后部分别采用快速、慢速固化锚固剂，这样做的目的是为了增强锚固的稳定性。锚杆与锚杆之间的距离设置为0.8m，顶板布置8根锚杆，且间距设置为0.75m。锚杆预紧力矩为400kN[2]。软岩回采巷道锚杆支护布置如图1所示。

3.3井下监测数据分析

通过分析监测数据可知，在距离掘进工作面约52处，表面位移逐渐趋于稳定，且上帮、下帮的移近量分别为48mm、32mm。在表面位移趋于稳定的过程中，顶底位移数据也发生了变化，移近量为280mm，其中顶板下沉量为40mm、底臌量240mm，可见底臌量在顶底移近量中占据了较大比例，造成该现象的最大原因就是未实施锚杆支护在锚杆支护方案实施一段时间后，巷道整体受力值有逐渐变小的趋势，且随着巷道掘进工作面的不断推进，锚杆支护稳定性就越强。相关数据显示，在巷道掘进工作面推进至18m位置处，锚杆支护的受力值最大，在距离工作面120m处，锚杆整体受力趋于稳定。在锚杆支护受力值变化的过程中，全长预应力锚杆受力和锚索张拉后的受力值均未发生大幅度变化，基本在5~8kN范围内浮动。由此可见，在整个巷道掘进过程中，围岩保持了较好的稳定性，尚未出现变形、易破碎的问题，说明锚杆支护效果良好。为了进一步提高采煤工作面的回采效率，在对锚索受力情况进行分析后，该煤炭区决定重新设置巷道表面位移。在重新设置后，巷道在距离采煤工作面40m以内尚未出现波动，在40m后开始受到采动影响，位移量开始呈增加的趋势，特别是50m以后位移量增加幅度更大。在距离采煤工作面60m的位置，顶板上帮移近量为54mm、下帮移近量为200mm。锚索预应力在距离回采工作面80m处开始呈现增长的趋势，在达到最大值后，锚索受力发挥的支护效果更好[3]。

3.4支护效果

从该煤炭巷道锚杆支护方案实施的结果来看，巷道的稳定性完全能满足煤炭安全生产的需要。为了进一步证实锚杆支护方案实施的有效性，支护人员还对巷道表面位移、锚索受力状态进行了监测。通过分析监测数据可知，巷道围岩的总变形量不大，且锚杆、锚索受力幅度较小，说明该锚杆支护方案具有一定的可靠性，能有效控制巷道围岩变形，保障巷道使用的安全性。除此之外，锚杆支护成本也有所减少，相较于之前所采用的支护技术，本次煤炭巷道锚杆支护施工中所采用的支护材料费用节省了约16.8%。

4结语

综上所述，锚杆支护技术在煤炭巷道支护施工中的运用，可以有效控制围岩的变形量，避免其出现围岩滑动、裂纹产生等安全问题，对于保障煤岩体的完全性具有重要作用。而且该技术同样适用于地质条件复杂、煤岩体连续性较低的巷道支护施工中，通过合理设计锚杆支护参数来增强围岩的整体稳定性，尽量实现一次支护，避免二次支护或巷道维修影响到煤炭行业的经济效益。

参考文献

[1]张刚.双马煤矿大断面切眼巷道锚杆支护设计研究[J].中国煤炭,2019,v.45;No.517(08):102-107.

[2]张宏伟,刘长江,李云鹏,等.特厚煤层综放工作面回采巷道支护技术研究[J].煤炭科学技术,2020,v.48;No.545(04):190-198.

[3]张锐.东曲矿14218工作面运输巷顶板稳定性控制技术研究与应用[J].煤炭与化工,2019,42(3):10-13.

作者：许贵林 单位：辽宁东煤基本建设有限责任公司