工业技术 ｌ■ 软岩巷道锚杆锚索支护技术研究 １、赵 阳 ２、杨艳伟 义马４７２３００） （河南能源永兴工程 河南［摘要］随着矿井开采力度的加大，对其开发的深度也在增大、随之产生的地应力也在变大，矿山巷道围岩的软岩特性也越来越明显，巷道的支护问题成为 关键性环节。对矿山深部开采技术的研究能够帮助我国实现对深部煤炭资源的开发。但是随着开采深度的加深，也带来了相应的安全性的问题：如巷道的围压大、 围岩的变形量增加、巷道不断翻修、支护物被损坏、维护非常困难等。好的支护效果对于矿井的安全高效生产有着重要意义，对深井巷道矿压进行控制是实施矿山 深部开采的关键『生问题之一。本文以某煤矿的运输巷道支护工程作为案例，选择良好的支护方式，并证实锚杆锚索联合支护的方式起到较好的效果，有效降低软岩 巷道在开掘后由于翻修造成的成本。 ［关键词］软岩巷道；锚杆支护，锚索支护 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌＯＯ９—９１４ｘ（２Ｏ１５）１４—００６０—０１ 随着经济的发展，我国对煤炭为主的化石能源的需求量还在不断攀升，且 由于近些年来的大规模开采，矿山浅部的资源已经开始枯竭，对能源的开采业 逐渐向深部延伸。随之出现的地质条件恶化、地应力加大、破碎的岩体增多、地 温升高等问题都对巷道围岩稳定性造成影响，在浅部普通的岩石在矿山深部会 呈现出软岩的特性，容易出现变形、膨胀等问题，使支护的难度增加、工程作业 的环境恶化，随之生产成本也上升，深部资源开采面临著严峻的挑战。所以在巷 道开挖后，应采取相应的支护措施恢复改善围岩的应力状态，因此对巷道支护 方式的研究具有重要的现实意义。 １ 软岩巷道变形特点 深部和浅部的岩土体力学性质因为所处的环境不同其表现也不一样，深部 巷道的变形特点主要有围岩的变形量大、变形出现的范围广、初期发展的速度 快等。首先是围岩的自稳时间非常短，自稳时间所致的是没有任何支护措施的 情况下，围岩被挖开之后暴露在外到被破坏所经过的时间，该时间是不确定的、 呈现动态发展的趋势。软岩巷道的围岩自稳时间段，只有进行超前支护才能保 证不脱落，其次是围岩的变形速度快、同时持续的时间非常长。通常来说，从开 始开掘，围岩的变形速度大概为５—１９ｍｍ每天，最快甚至达到５ｏ＿＿１５Ｏｍｍ每天， 持续时间在１—２个月之间不等，最长可能持续半年以上；第三是巷道围岩的变 形量非常大，由于其地质环境非常复杂，在开掘之后如果不及时采取相应的措 施很容易出现顶板脱落、地板上臌以及两帮移近量大的现象，此时仍不进行控 制，巷道很可能被完全破坏；最后的特点是围岩遇水会发生膨胀从而导致变形 加剧。 ２，锚索支护特点 锚索的支护机理为：单体锚索通过固定在岩体中的内锚头以及锁定的外锚 头对锚索施加预应力，进而产生拉张弹性变形作用。当巷道的围岩发生变形时， 锚索施加的预拉力通过内锚头与外锚头产生压力作用，平衡变形力、维护巷道 的稳定性。一般隋况下，煤矿巷道中锚杆与描索大多都是配合进行使用。当及时 采用锅杆、铺索的支护方式之后，就会形成错杆和预应力锚索的加固群体，相邻 的锚杆和铺索之间的作用力就会相互叠加，形成一个承载拱，这个承载层与单 用铺杆相比其厚度得到成倍的增加，促使巷道围岩发挥出更好的承载性能。锚 索支护方式应用在煤矿巷道的支护工程中的特点有：承载性能非常强，锚固的 深度越大，支护能力就可靠；锚索的体积和质量都不大，施工中较为灵活，使用 较为方便、可靠，有效的提高巷道的掘进效率；支护效果良好，能够节约巷道、顶 板的维护修理费用，具有很好的经济与技术推广价值；在负荷顶板以及交叉点 的支护作用更为明显。但是其成本较高，所以通常与锚杆结合进行支护。 ３ 锚杆锚索联合支护的原理 依据铺固平衡拱的原理，将锚杆锚固范围当中的围岩以及锚杆的整体作为 巷道支护体，然后打入锚索实施加强支护，本文通过分析支护体和围岩之间的 相互作用对锚杆锚索的联合支护原理进行说明。在松软破碎的围岩当中，巷道 的变形量也会随之增加。因此在开掘后的巷道中立刻使用锚索支护的方式是不 行的，锚索的延伸量会因为超过极限而发生破断，所以巷道的开挖初期只能使 用铺杆的方式进行支护，锚岩支护体回应为锚杆的加固进而产生一定的承载能 力，能够允许巷道围岩一定范围中的变形，围岩能够释放出变形能，从而保持自 身的稳定。随着变形量的增大，锚岩支护体的自稳性能与承载能力都呈现下降 的趋势，在其自稳能力达上升到极限之前，在锚索工程的延伸量大于围岩的剩 ６０ ｌ科技博览 余变形时进行锚索支护，就能够满足围岩对锚索延伸量的需求，确保其稳定性。 在对支护进行设计过程中，需要以围岩的条件为基础，合理选择锚杆的支 护方式、参数，并选择与之相配的描索，这也是实施锚杆锚索支护设计的重点。 在支护期间，为了让锚索能够适应较大的变形量，应当首先对锚索的力学特性 进行识别，然后深入研究其在围岩变形量较大的巷道里的应用。 ４．工程实例 ４．１工程概况 某煤矿主要是深部井田，主要采煤层是３号、１５号，三号煤层的厚度在４．４ ５．９ｍ之间，１５号则在２．４－５．６ｍ之间。两煤层的位置相对稳定，结构较为简单， 同时煤层的强度较低。煤层的埋深较大，其中３号的埋深在５００ｍ以上，且矿区的 地应力较大，最大的水平主应力在２６．９—３２．９ＭＰａ之间，巷道围岩总体呈较软 的特性，容易风化侵蚀。运输巷道的埋深为５６５ｍ，长度为２１２ｍ，巷道的开口段为 全岩的构造，３号煤层就位于运输巷道的上方。煤层底板与顶板之间的距离在０． ５－１．１５ｍ之间。 ４．２锚杆锚索的支护参数 当前国内锚杆的类型较为丰富，针对某煤矿在高应力软岩的条件下，选择 使用高强度的树脂锚固锚杆较为合适。根据经济利益以及支护效果进行分析， 对锚杆的直径进行确定，从前者来看锚杆的直径对成本的影响不是非常大，而 从支护效果上来看，在固定的条件下，锚杆杆体的直径与其的支护强度呈正相 关，其直径越大、支护效果越好。综合考虑各方面的因素之后，选择规格为２Ｏ的 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，其杆体上的纹理不平，不需要进行其他的处理就能保 证与锚固剂之间的粘连强度，其次是锚杆的长度确定，过长可能会受到巷道的 高于宽的影响，造成施工不变，而过短则无法形成支护体系。通过其预应力、密 度、长度以及锚固方式等最终确定使用长度为２．４ｍ的锚杆，顶部的锚索长度为 ７．３ｍ，两帮的长度为５．３ｍ。 ４．３工程结果 采取相应的措施对联合支护的结果进行监测，首先是巷道顶板的变形情 况，通过９周的监测发现顶板的总变形量达到２．４ｃｍ，巷道在此期间保持稳定的 下沉量，在第７ｌｌ时变形趋于稳定，其次是地板的变形，测量期间变形量最大为 １．６ｃｍ，在支护后前５周的鼓起量较大，最大为１．５ｖｍ，后期慢慢趋向于稳定；最 后是两帮的变形隋况，变形量最大达到３．５ｅｒａ，并向巷道的内侧接近。同时对锚 杆锚索的受力情况进行检测，发现锚杆在两个月之间的受力变化非常小，处于 稳定的状态；而锚索在初期的应力增长加快，在支护后两天下降，逐渐稳定。 结语 通过在实际工程中应用锚杆锚索的方式进行支护并进行监测发现该方式 的支护效果较好，且相较于全锚索支护方式而言具有节约成本、更为经济的特 点，是一种较为理想的支护方式。 参考文献 ［１］王飞，刘洪涛，张胜凯等．高应力软岩巷道可接长锚杆让压支护技术【Ｊ】． 岩土工程学报，２０１４，（９）：１６６６－１６７３． ［２］罗立强，王卫军，余伟健等．高应力软岩巷道预应力桁架锚索支护技术 ［Ｊ］．湖南科技大学学报（自然科学版），２０１２，２７（１）：１７—２２．
