矿建工程巷道掘进锚杆支护的特点及支护效果研究

郑兵

中煤第七十一工程处有限责任公司

摘要：锚杆支护主要发挥减跨、悬吊、加固等作用，能够有效提升矿建项目巷道的稳定性，加强岩层抗剪强度，将锚杆支护技术应用到矿建工程施工中，不仅能够提高支护施工效率，还能强化巷道支护的效果，对提高巷道掘进速度具有明显帮助。

关键词：矿建工程；巷道掘进；锚杆支护；特点；支护

1 煤矿矿建工程巷道锚杆支护技术的特点

(1)机械施工，提高施工效率

对于矿建工程而言，既往多采用棚式支护技术，此种支护技术应用范围广，在矿建工程巷道掘进中发挥良好的支护效果。但是，棚式支护技术劳动强度比较大，时间和成本控制比较困难，无法满足现实生产需要。随着科学技术的不断发展，锚杆支护技术逐渐被应用到矿建工程巷道掘进支护中，此支护技术机械化水平比较高，可显著减少施工劳动力的投入，提高掘进效率。

(2)方案合理，降低施工成本

传统矿建工程项目巷道施工周期长，不利于施工成本对控制，科学技术的发展，实现了矿建工程巷道的快速施工。经过多年的实践应用，锚杆技术不断发展，通过对复杂巷道顶岩应力场的科学分析，制定更加合理的支护方案，保证施工有序开展，并且在机械化锚杆支护施工的带动下，进一步保证巷道掘进的安全性，减少巷道掘进施工风险，减少不必要的成本支出。

(3)围岩加固，保证支护强度

矿建工程巷道掘进施工过程中，软弱围岩会增加施工难度与风险，从而对巷道掘进的顺利开展造成不良影响。采用锚杆支护技术后，巷道围岩结构强度能够得到有效增强。通常，在使用高强度锚杆支护技术的同时，结合锚固剂，高强度加固巷道周围的岩层，从而保证围岩加固效果，提高支护强度，为矿建工程巷道掘进提供更多便利条件，满足后续生产需要。

2矿建工程巷道掘进锚杆支护研究

(1)围岩加固

在进行新支护方案过程中，针对巷道顶层围岩做好变形控制，完善施工准备，并及时组织相关人员开展超前支护，对围岩进行加固处理。为此，对周围围岩特点进行详细分析，根据实际情况确定支护方式，最大程度上降低对围岩的扰动，避免顶层围岩损伤。不仅如此，施工前，充分利用TSP、超前地质预报，结合矿层工作面情况，对顶层围岩相临段落地质特点进行准确分析，结合分析结果，制定软岩加固方式，并且明确支护具体施工方法。此外，为进一步保证施工安全性和稳定性，在开展围岩加固时，开展全过程动态管理，加强施工管理，并且密切监控围岩变形情况，以此来确定支护形式。根据施工现场情况，总结顶层围岩性质，将结果与围岩变形监测记录一并反馈给设计单位，及时对施工设计参数以及施工方案进行科学调整，确保新锚杆支护方案能够更好的解决现有问题。

(2)加厚锚杆托板

在实施新支护方案前，对巷道顶层围岩应力情况开展调查，结果发现，应力主要来自围岩自身重力，这种情况有利于巷道稳定性。通过计算，围岩应力涵盖覆岩体积力以及原岩应力，证实巷道施工埋深相对较浅。锚杆托板在锚杆支护结构体系中发挥重要支撑作用，可抵抗一定压力。即使矿建工程巷道顶层围岩应力情况良好，但巷道掘进时刻处于动态变化之中，并非完全安全，为避免冒顶事故，新支护方案中采用锚杆托板，并进行加厚处理，发挥良好的抗压作用。

(3)巷内支护

第一，基本支护。新支护方案形成后，做好各项准备工作，然后开展巷内支护，巷内支护首先开展基本支护，从以下三个方面对巷内基本支护进行分析说明。其一，确定支护形式。大量工程实践反馈，基本支护过程中，要兼顾到围岩、支护局部结构收敛变形比，并对其进行控制，避免超过规定范围，结合局部围岩状况，加强支护的整体强度。为降低施工成本，新支护方案采用增加预应力和强力锚杆的方式，对巷道周边位置进行分离和扩散，避免局部位置发生变形，并且在结构力学性能差的围岩部位预留变形量最大程度，防止围岩支护发生变形侵线表现。其二，正确选择材料。考虑到围岩经加固后，也有可能存在围岩、支护结构整体沉降情况，导致整体结构变形或者出现围岩破坏。经过详细分析认为，出现上述情况的主要原因在于支护刚度不够，而初支整体沉降的原因是锚固受力杆件锚固在松动围岩圈上，缺乏与力学性能较好的围岩有效结合，导致受力不均匀。为此，合理选择支护材料，使用延展性、柔韧性良好的支护材料，在主体锚杆和锚索之间发挥辅助作用。其三，明确支护参数。采用数值模拟技术方法，与巷道实际情况进行比较，确定锚索、锚杆支护的具体参数。一般情况下，直径22cm、长度2.5m左右的树脂材料锚杆，就可完成一次性加长(或锚固)。为保证支护效果，对钢带以及金属保护顶部开展一次性加固处理。

第二，加强支护。通常，要想保证巷内顶层和周边围岩的稳定性，并且确保巷道掘进作业更加安全高效，需要对支护结构进行改进，完善支护技术，在做好基本锚杆支护的前提下，开展加固支护。加强支护过程中，在对巷道双侧位置开展挖掘作业时，巷道本身可能受到掘进作业区域范围内占地积上压力的影响，或者因为巷道两侧填充物强度不足，而对正常掘进造成严重影响。为解决上述问题，采用单体支柱搭接与顶梁相连模式，通过对巷道顶板加强支护的加固，最大程度避免顶层沉降，并且控制巷道顶板岩层离层现象，保证顶板结构的完整性。不仅如此，采用单体支柱搭接与顶梁相连模式进行加强支护，还能增加巷道掘进作业面的空间，保证施工更加安全顺利。除了上述加强支护方法外，在实践中也广泛应用专门设计的加强型支护液压支架，矿层巷道支护就采用了此种工具，该支护体系主要由底座、立柱、顶梁以及四连杆组成，使用此种支架后，可实现推拉自由移动。

(4)巷旁支护

第一，锚索施工。巷旁支护是矿建工程巷道掘进支护中常见的支护形式，目的在于进一步加强锚杆支护效果，并且采用充填式巷旁支护，通过此种支护形式，避免结构变形，并且解决特殊情况下相应的支护要求。结合实践施工经验认为，要想充分发挥充填式巷旁锚索支护形式的效果，需要严格按照施工要求，准备好锚索、锚杆等材料。其中，锚索施工过程中，注意尽量避免采用钻孔机进行钻孔，这是因为考虑到可能出现松软饱水、破碎的岩层，为避免坍塌缩孔，采用跟管钻进技术，锚索钻孔直径130mm，并且采用潜孔钻干钻作为成孔方法，结合巷道岩层以及岩性情况，控制钻孔速度，避免发生钻孔变径以及扭曲等现象，预防意外事故，为顺利下锚提供便利条件。锚索安装高强度低松弛育预应力钢绞线，并且正确选择锚具，在钢绞线自由段涂抹黄油，同时采用波纹管外套在钢绞线上，发挥防腐作用。每隔1m设置锚固段架线环与紧箍环，紧箍环不少于2圈。为保证钢绞线顺直，在自由锻设置架线环。

第二，锚孔注浆。锚索束正确放入后，及时对其进行注浆，采用水泥砂浆进行灌注(1:1水泥砂浆，水灰比控制在0.40%～0.45%)。矿建工程采用孔底注浆法进行施工，注浆压力控制在0.6MPa～08MPa，保证注浆的连续性，中途禁止停止注浆，保证锚孔注浆密室、饱满。首次注浆结束后，水泥砂浆在24h开始凝固收缩，及时进行补浆。为保证注浆施工质量，注浆用的水泥砂浆随拌随用，并且搅拌均匀。锚孔注浆需要做好详细记录，注浆完成后，对注浆用具进行仔细清洗，包括注浆枪、注浆套管以及注浆管等。观察锚孔灌注的水泥砂浆达到设计强度的80%后进行锚索张拉。

第三，预应力张拉。矿建工程锚具底座顶面与钻孔轴线保持垂直，这样能够保证锚索预应力张拉过程在同一个轴线上。在张拉前开展现场试验，从而确定锚索预应力张拉锁定的施工工艺。有研究认为，严格根据施工要求，预应力张拉与锁定均采用分级方法比较合理。设计张拉完成7d～10d后，根据现场情况开展补偿张拉，继而锁定。一般情况下，锚索安装并且张拉后，不会发生太大受力变化，在距离掘进面21m左右时，锚索受力基本上保持稳定。煤壁所在位置须沿巷道长度5cm，向下3cm的范围内进行巷道挖掘、拓宽，并实施锚杆支护。螺纹钢锚杆横向支护时，要分别确定好锚杆横向排距直径、长度，间隔式排距1m×9m，并且使用金属网、钢带对锚杆支护结构进行保护。

参考文献

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