[工艺技术]预应力锚固支护技术探讨

本文发表于《中国化工贸易·中旬刊》 2020年7期

李渝

摘 要：工作面巷道支护效果直接决定综采工作面生产和作业人员的安全性。在实际生产中，由于煤炭开采导致工作面顶板的应力平衡状态遭到破坏，进而出现巷道顶板坍塌、两帮出现片帮的现象，在制约工作面生产效率的同时严重威胁到作业人员的人身安全。锚杆支护在具体应用期间会受到水文、地质、安装等各项因素影响，这会导致默锚杆支护会出现失效情况，会引起片帮、冒顶等问题。因此，要采取合理防范措施，避免錨杆支护出现失效情况。

关键词：锚杆;预应力;锚固技术;支护形式

0 引言

巷道支护质量直接决定工作面巷道生产的安全性。目前，工作面最普遍的支护方式为锚杆+锚索联合支护方式，而锚杆支护处于被动状态，表现为锚杆的长度短、直径小、支护强度小的问题。实际生产中，为了增加巷道的支护效果通过增加锚杆密度，此举在一定程度上增加了巷道支护的成本。为此，提出将预应力锚杆应用于巷道的支护中的方案。

1 预应力锚杆作用机理研究

综采工作面的采掘打破了工作面围岩原先的平衡状态，使得巷道的应力状态发生变化，从平衡的三向应力变为双向应力或单向应力，从而使得工作面巷道承受围岩载荷的能力变小。故，为保证工作面的安全生产，需对其进行支护设计。经实践表明，目前应用于工作面支护锚杆的间距一般在0.7～1m之间，而且当巷道发生离层现象时，锚杆所分担的力很小。因此，为提升锚杆支护的可靠性在锚杆上施加一定的力以提高锚杆支护的效果。预应力锚杆提升巷道支护质量的作用机理主要体现如下：①预应力锚杆能够及时向巷道围岩表面提供足够的支护抗力，进而限制巷道围岩的变形;②基于预应力锚杆支护在巷道顶底板以及两帮表面形成组合梁合或者组合拱以达到加固巷道围岩的目的;③基于预应力锚杆能够达到改善巷道围岩力学参数、改善围岩体的受力状态和应力场的目的;④预应力锚杆将围岩与锚杆形成一个整体的承载结构，降低巷道围岩和锚杆失效的概率。

2 锚杆支护在应用期间失效主要原因

2.1 未严格依据具体情况，对采用的锚杆进行选择，对锚杆的具体参数进行设计

若设计的锚杆的强度较低时，支护体系，以及相应的围岩都无法形成一个相对稳定的承载结构，这会导致巷道发生变形情况无法得到控制，这会对矿井生产作业造成较大影响。若过于注重锚杆安全性，盲目的提高安全系数，这样最终建设的锚杆虽然在应用过程中不会出现安全问题，这会提高支护成本，降低经济效益。

2.2 锚固无法达到期望效果

如果覆岩层存在大量结构弱面，会导致顶板上端围岩部分出现损伤情况，这会使锚固力随着时间推移不断降低，最终会导致锚固失去原有效果，会发生大区域冒顶情况。

2.3 粘结失去效果

锚杆可以通过对锚固剂和围岩进行应用，进而形成以一个合理的整体，若锚杆杆体与粘结材料间出现了的滑移错位问题，这会导致围岩无法得到合理加固，这会使粘结遭受破坏。采用锚杆的锚固力大小主要受锚杆与粘结材料两者间粘锚力影响，不同类型围岩与不同类型的锚杆间的锚固大小也会存在一定差异，可见，在设计巷道支护中各项参数时，要充分考虑围岩力学性质，在全面分析基础上，最终选择一种有效的锚杆，提升和控制锚固力，进而使支护水平能够得到进一步提升，满足应用需求。

3 预应力锚固支护技术

某煤矿12207工作面可开采煤层为2号煤层，煤层平均厚度为8.78m，煤层平均普式硬度为1.8。经探测，该工作面煤层属于稳定煤层，且煤层的厚度变化较小。

3.1 顶板支护参数

顶板支护所采用无纵筋螺纹钢筋锚杆直径为22mm，锚杆长度为2400mm，锚杆间排距为850mm，锚杆间距为900mm，工作面顶板每排锚杆的数量为5根。顶板锚杆采用锚固剂对锚固进行加长，其中所采用锚固剂的类型为K2335和Z2360。经锚固剂加长处理后锚固的长度为1654mm。为保证锚杆支护的效果，为其施加400Nm的预紧扭矩。而且，顶板锚杆的与锚杆相匹配的锚索的直径为17.8mm，锚索长度为7300mm，锚索的间排距为1800mm，同样采用树脂卷对锚索锚固进行加长处理，所采用锚固剂的类型分别为K2335和Z2360，经锚固加长处理后锚固的长度为1860mm，为锚索所施加预紧力的大小为180kN。此外，针对顶板支护为其增加W钢带和菱形金属网的支护方式。

3.2 合理设计锚杆

锚杆支护是一项对技术要求很高的作业，从以往的情况来看，锚杆支护都依据过去的实践经验开展，而井下作业环境十分复杂，因此，难以进行有效控制，这也就导致检测锚杆时，会出现数据不合理情况。针对上述可能存在的各项问题，在实际作业期间，不仅要增加技术人员和锚杆支护技术投入，而且还要做好以下几项工作 ：积极与具有资质的科研机构进行合作，对矿区内地质情况进行全面监测。对以往锚杆支护作业经验，以及总结，获取到围岩参数制定的合理设计方案，并且确保工程的最终质量能够满足应用需求。加强对矿压情况的监测，煤矿单位要指定专业技术人员，通过对顶板离层仪进行应用，对所在区域的顶底、受压情况、偏移量等各项内容进行全面监测，要及时将各项数据都传达给设计人员。设计人员要依据现场监测获取到各项数据，进行综合分析，通过分析，最终得到正确支护参数，确保最终的设计方案具有（下转第90页）（上接第87页）较强的实用性，以及较高的技术水平。

3.3 树脂锚杆规格对锚杆锚固力的影响

树脂锚杆工作的阻力不仅与锚固段的锚固力有关，还与树脂锚杆自身的强度有着密切的关系。树脂锚杆在施工的过程中可以获取非常大的阻力，并且阻力会随着树脂锚杆的规格而产生变化，规格φ28mm的高强度树脂锚杆比φ16mm的普遍树脂锚杆的锚固力大1.4倍左右。虽然在直径为32mm钻孔中使用规格为φ28mm高强度树脂锚杆与规格为φ16mm普通树脂锚杆时，直径为100mm的高强树脂锚杆的锚固力约为80kN，而采用28mm规格的高强树脂锚杆所获得的施工阻力比28mm规格的高强树脂锚杆高出约40kN。

3.4 做好地质工作

煤矿企业要成立地质勘探部门，指派专业能力过硬的技术人员负责地质工作，其要对矿区内地质的具体变化情况进行全面监测，并且要依据监测结果对矿井区域的地质变化分布图等各项地质资料内容进行全面编制;地质勘测部门要对这些料内容进行应用，全面结合巷道顶部监测数据，以及工作面设计过程中的各项资料，综合分析巷道情况，将地质基础资料信息及时传递给技术部门和施工单位;生产技术部门在得到各项资料后，对资料进行分析，依据分析结果，制定相应的措施，对支护参数进行全面调整，具有针对性的进行支护信号选择，确保最终支护的合理性与有效性。

4 结束语

我国矿井技术得到了飞速发展，这为巷道锚杆支护的应用发展提供了良好的发展空间。在锚杆支护期间，为了确保锚杆支护在应用期间的有效性，要从提高技术保障、加强施工现场管理工作、加强日常监管几个方面入手，做好相应分析工作。高强度树脂锚杆比普通树脂锚杆支护巷道，巷道片帮后期回采期间对巷道成型控制效果较好。

参考文献：

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[3]金银财，王子越.高预应力强力支护系统在高瓦斯煤层巷道中的应用[J].煤炭技术，2019，38（2）：97-99.

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2022/04/17