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摘要：近兩年，我國煤炭行業呈現迅猛發展的趨勢，一些老煤礦巷道所采用的棚式支護方式穩定性較差，難以滿足煤炭行業發展提出的高安全、高效率要求。錨桿支護技術具有成本低、穩定性高的特點，已經在大型煤炭巷道支護中得到了廣泛應用，對于保障煤炭的安全、高效生產具有重要意義。本文主要結合具體的工程實例，對錨桿支護方案的設計與運用進行了詳細探討，為保證巷道支護結構的穩定性提供參考。

關鍵詞：巷道；錨桿支護；方案設計

引言

有關調查數據顯示，在社會經濟發展對煤炭需求量提出了更高要求后，采煤方法、采煤工藝和巷道支護技術均在一定程度實現了創新和突破。特別是巷道錨桿支護技術的應用，有效改善了煤炭傳統巷道布置方式的局限性，已經促使我國煤炭支護結構形成了具有中國特色的錨桿支護成套技術體系。大量運用實踐表明，錨桿支護技術因具有施工周期短、穩定性高、投入成本低的特點，已經成為煤炭巷道首選的主要支護方式，在保障巷道安全生產建設的同時，還能有效提高煤炭的產量和效益，這對于促進我國煤炭行業的可持續發展具有積極意義。

1巷道錨桿支護設計方法的研究現狀

1.1錨桿支護設計方法分類

根據設計方式的不同，可以將煤炭巷道錨桿支護設計方法分為以下幾類：（1）工程類比法。可結合煤炭所處區域的地質條件、圍巖或松動圈穩定性等，尋找條件類似的煤炭區作為參考，并在此基礎上開展支護方案設計工作。（2）理論計算法。結合煤炭所處區域圍巖的具體條件，采用相適應的支護理論對巷道支護結構進行設計。（3）計算機軟件法。通過FLAC、UDEC等計算機軟件對錨桿支護結構的參數進行分析和設計，這種設計方法效率高、穩定性強。（4）利用監測設備對煤炭現場進行監測，并結合監測結果展開錨桿支護設計。1.2錨桿支護設計的根本目的煤炭巷道錨桿支護設計的根本目的在于提高巷道使用的安全性。在充分了解圍巖條件的基礎上，對巷道支護方案和參數進行合理設計，以減少安全事故的發生，同時還有利于提高成巷速度。在巷道支護施工中，錨桿支護方案設計主要包含兩項內容：（1）支護結構設計。目前，我國煤炭主要使用的錨桿類型有非金屬玻璃鋼、圓鋼和高強度螺紋鋼，其中高強度螺紋鋼在巷道錨桿支護中的應用效果最好。（2）支護參數設計。在巷道錨桿支護方案設計中，要嚴格保證支護參數設計的合理性，如果出現參數不合理的問題，則會造成支護成本過高、支護強度不夠等一系列問題，容易導致巷道出現冒頂等安全事故[1]。

2工程概況

煤炭巷道因地質與生產條件的復雜性，對錨桿支護提出了更高、更嚴苛的技術要求。在錨桿支護施工中，可能會面臨地質條件復雜、巷道受力差、動壓影響強烈等問題。因此，在巷道錨桿支護施工中應結合煤炭巷道的實際條件，設計合理的支護方案，通常按照用途可以將煤炭巷道分為以下幾種類型：（1）大巷道、主要上下山等，可為開采水平服務，且服務年限較長。（2）集中巷道、上下山等，可為采區服務，且服務年限比較長。（3）順槽、回撤通道等，專為回采工作面服務，且服務年限較短。某煤炭區具有煤巖體強度低、煤層膠結差、煤巖體易風化等特性，給巷道支護帶來了極大的困難。為了解決該煤炭巷道的支護難題，嘗試實施了多種支護方案，雖然取得了一定成效，但尚未從根本上提高圍巖的整體強度，嚴重影響了回采工作面的開采進度和效率。因此，該煤礦區與煤科院合作，在三區3-2S順槽處進行了錨桿支護方案設計，以保證巷道支護的穩定性，從而解決該煤炭所面臨的圍巖松軟破碎問題。

3煤炭巷道錨桿支護方案的設計與應用

3.1試驗巷道地質與生產條件

在該煤礦三區3-2S一片工作面開采3-2#煤層，該煤層平均厚度達到6m，傾斜角度為15°~16°，煤層單軸抗壓強度為4.9MPa，該煤層上覆3-1#煤層已經回采。3-2#和3-1#煤層之間的間距很小，且工作面范圍內兩個煤層距離底板的距離分別為5m、8m。對工作面的運輸巷道和回風巷道均實施了錨桿支護設計，本文僅以回風巷道的錨桿支護設計方案為例。回風巷道的掘進斷面呈現半圓拱形，寬度和高度分別為3.6m、1.1m，巷道埋深在360~380m范圍內。

3.2巷道支護設計

通過利用現場監測、計算機軟件等多種設計方式，確定采用樹脂全長預應力錨固組合支護。結合以往的錨桿支護經驗，錨桿采用高強度螺紋鋼，直徑和長度分別為Φ20mm、240cm。樹脂全長錨固采用W型鋼護板和菱形金屬網進行加固處理，端部和后部分別采用快速、慢速固化錨固劑，這樣做的目的是為了增強錨固的穩定性。錨桿與錨桿之間的距離設置為0.8m，頂板布置8根錨桿，且間距設置為0.75m。錨桿預緊力矩為400kN[2]。軟巖回采巷道錨桿支護布置如圖1所示。

3.3井下監測數據分析

通過分析監測數據可知，在距離掘進工作面約52處，表面位移逐漸趨于穩定，且上幫、下幫的移近量分別為48mm、32mm。在表面位移趨于穩定的過程中，頂底位移數據也發生了變化，移近量為280mm，其中頂板下沉量為40mm、底臌量240mm，可見底臌量在頂底移近量中占據了較大比例，造成該現象的最大原因就是未實施錨桿支護在錨桿支護方案實施一段時間后，巷道整體受力值有逐漸變小的趨勢，且隨著巷道掘進工作面的不斷推進，錨桿支護穩定性就越強。相關數據顯示，在巷道掘進工作面推進至18m位置處，錨桿支護的受力值最大，在距離工作面120m處，錨桿整體受力趨于穩定。在錨桿支護受力值變化的過程中，全長預應力錨桿受力和錨索張拉后的受力值均未發生大幅度變化，基本在5~8kN范圍內浮動。由此可見，在整個巷道掘進過程中，圍巖保持了較好的穩定性，尚未出現變形、易破碎的問題，說明錨桿支護效果良好。為了進一步提高采煤工作面的回采效率，在對錨索受力情況進行分析后，該煤炭區決定重新設置巷道表面位移。在重新設置后，巷道在距離采煤工作面40m以內尚未出現波動，在40m后開始受到采動影響，位移量開始呈增加的趨勢，特別是50m以后位移量增加幅度更大。在距離采煤工作面60m的位置，頂板上幫移近量為54mm、下幫移近量為200mm。錨索預應力在距離回采工作面80m處開始呈現增長的趨勢，在達到最大值后，錨索受力發揮的支護效果更好[3]。

3.4支護效果

從該煤炭巷道錨桿支護方案實施的結果來看，巷道的穩定性完全能滿足煤炭安全生產的需要。為了進一步證實錨桿支護方案實施的有效性，支護人員還對巷道表面位移、錨索受力狀態進行了監測。通過分析監測數據可知，巷道圍巖的總變形量不大，且錨桿、錨索受力幅度較小，說明該錨桿支護方案具有一定的可靠性，能有效控制巷道圍巖變形，保障巷道使用的安全性。除此之外，錨桿支護成本也有所減少，相較于之前所采用的支護技術，本次煤炭巷道錨桿支護施工中所采用的支護材料費用節省了約16.8%。

4結語

綜上所述，錨桿支護技術在煤炭巷道支護施工中的運用，可以有效控制圍巖的變形量，避免其出現圍巖滑動、裂紋產生等安全問題，對于保障煤巖體的完全性具有重要作用。而且該技術同樣適用于地質條件復雜、煤巖體連續性較低的巷道支護施工中，通過合理設計錨桿支護參數來增強圍巖的整體穩定性，盡量實現一次支護，避免二次支護或巷道維修影響到煤炭行業的經濟效益。

參考文獻

[1]張剛.雙馬煤礦大斷面切眼巷道錨桿支護設計研究[J].中國煤炭,2019,v.45;No.517(08):102-107.

[2]張宏偉,劉長江,李云鵬,等.特厚煤層綜放工作面回采巷道支護技術研究[J].煤炭科學技術,2020,v.48;No.545(04):190-198.

[3]張銳.東曲礦14218工作面運輸巷頂板穩定性控制技術研究與應用[J].煤炭與化工,2019,42(3):10-13.

作者：許貴林 單位：遼寧東煤基本建設有限責任公司