强力锚杆锚索在巷道支护的研究及应用

总第１５４期　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１２．０６．００５　

强力锚杆锚索在巷　道支护的研究及应用　

连壮丽　

（潞安工程有限公司矿建分公司，山西长治０４６２０４）　

摘要：在掘进过程中运用动态信息设计法中日常测量反映的信息对巷道支护进行变更，使设计在安全有　效的基础上达到支护费用的最低，施工工艺的简单。采用该种支护提高了破碎围岩的残余强度及抗变形　能力，使锚固体实现既能让压、释放围岩变形能量，又能保持自身稳定、支撑外部围岩，使锚杆支护既有必　

要的锚固力，还有一定的让压性能，有效地控制围岩变形，实现动压巷道围岩稳定。　关键词：强力；支护；围岩状态　

中图分类号：ＴＤ３５３　．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５－２７９８（２０１２）０６—００１３—０３　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔｒｏｎｇ　Ｂｏｌｔ　ａｎｄ　Ｃａｂｌｅ　ｉｎ　Ｒｏａｄｗａｙ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　

ＬＩＡＮ　Ｚｈｕａｎｇ－ｌｉ　

（Ｍｉｎｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　ＬＭ缸ｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｉ　０４６２０４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｍａｋｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｒｏａｄｗａｙ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｒｏｕｔｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｔ　ｍａｋｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｃｏｓｔ，ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｅｃｕ—　ｒｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏ￣ｉｍｐｒｏｖｅ　ｂｒｏｋｅｎ　ｗａｌｌ　ｒｏｃｋ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＳＯ　ｔｈａｔ　ａｎｃｈｏｒ　ｂｏｄｙ　ｃａｎ　ｂｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｃｏｍｐｒｅｓ－　ｓｉｂｌｅ，ｔｏ　ｍａｋｅ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｏ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ｔｈｅｉｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｗａｌｌ　ｒｏｃｋ　ｂｏｌｔ，　ｉｔ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｈａｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ａｎｃｈｏｒｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｉｔ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄ—　ｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓｕｐｐｏ￣；ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　

１巷道情况　

１．１工作面概况　

５２０４风巷布置于３号煤层，断面为４　Ｉｌｌ×３　ｉｎ。　

该巷北为５２０６工作面，南为Ｆｌ１４断层及保护煤柱，　

东接５２胶带、５２轨道巷，西临井田边界，煤层平均　

厚度为６．７５　ｉｎ。５２０４风巷全长为１　５２８　ｉｎ，距开口　

处约９３０　ｉｎ处，将会遇到断层Ｆ２３６，断层落差Ｈ＝　

０．６　ｉｎ，倾角为７５。。该巷掘至８６０～１　２２０　ｉｎ的地　

段，巷道的坡度会增大，预计最大坡度为６～１０。。　

５２０４风巷掘进过程中，可能会有淋水。风巷顶底板　

状况见表１所示，工作面布置图见图１所示。　

１．２地应力　

天地科技股份有限公司开发所事业部采用水压　

致裂测量方法进行了地应力测量。根据王庄５２盘　

区测站测量结果，该处最大水平主应力值为８　ＭＰａ，　最大水平主应力方向为Ｎ７２．ｏＷ，最小水平主应力　

值为２．８５　ＭＰａ，垂直主应力值为４．５８　ＭＰａ。　

表１风巷顶底板柱状　

１．３钻孔窥视情况　

为详细了解巷道内部煤岩体破坏状况，天地科　

技股份有限公司开采所事业部采用电子窥视仪对顶　

收稿日期：２０１２－０３－０６　作者简介：连壮丽（１９７３一），男，山西长治人，助理工程师，从事矿建工程工作。　

１３　２０１２年６月　连壮丽：强力锚杆锚索在巷道支护的研究及应用　第２１卷第６期　

帮进行了窥视。　

Ｉ　

一　三　厂一　

图１　５２０４风巷平面布置　１．４窥视结果　

从窥视结果分析，巷道顶板泥岩和砂岩的单轴　

抗压强度不大，且巷道顶板以砂岩为主。从岩芯记　

录和强度观测来看，直接顶煤破碎，老顶砂岩芯完好　

且强度较高。煤层中有裂隙比较发育，强度不高，最　

大不大于１３　ＭＰａ，均值在９　ＭＰａ左右。随着开采深　

度的加深，煤巷支护强度越来越大。　

２支护方案　

２．１全锚网＋普通钢筋梯子梁支护　

优势：操作速度快，劳动强度小，支护让压性能　

好，围岩有形变时，可以使锚杆支护完整。　

劣势：梯子梁强度不够，好出现裂开现象，增加　

巷道维护难度；巷道变形量较大时，巷道整体感观不　

好；锚杆、锚索打设的量比较多。　

２．２超高强锚杆＋宽Ｗ钢带支护　

优势：巷道形变值小，锚杆打设数量少，在帮顶　

稳定、现状较好时，巷道掘进速度较快。　

劣势：钢带较重，工人劳动强度比其它支护形式　

要大；锚杆、钢带的让压性能和塑性较差，在巷道断　

面尺寸变形较大时，钢带、锚杆受力较大，造成钢带　

裂开、锚杆断裂现象较频繁，巷道在以后的维修量很　

大；出现帮宽顶高时，因ｗ钢带较厚、不易贴面，造　

成工人在井下难以操作操作；锚杆、钢带损坏后补打　

锚杆不能达到原支护效果。　

２．３全锚网＋双横筋双纵筋支护　

优势：支护形式与普通钢筋梯子梁相似，工人操　

作简单；锚杆和梯子梁裂开现象少，后期维护工作量　

小；由于锚杆数量也有一定的减少，巷道支护速度有　

所提高。　劣势：巷道有一定的变形，但变形值相对小。　

２．４超高强锚杆＋窄ｗ钢带支护　

优势：锚杆数量少，操作容易，效率高。　

劣势：巷道帮顶破碎、宽帮高顶时，钢带撕裂、锚　

１４　杆断裂现象严重，巷道在以后的维修量很大，费用和　

带来的安全隐患也很大。　

经过以上４种支护效果分析，加上生产过程中　

的各类因素，可以说在受采动支承应力作用的５２０４　

综放工作面沿空掘巷采用全锚网＋双横筋双纵筋支　

护方案既能有效控制巷道围岩变形、又能提高巷道　

掘进速度，方便生产、科学合理。　

３关键技术及创新点　

３．１关键技术点　

通过对以上４种不同形式锚杆支护效果分析，　

结合生产过程中的各种因素，认为在受采动支承应　

力作用的５２０４综放工作面沿空掘巷采用全锚网＋　

双横筋双纵筋支护方案既能有效控制巷道断面尺寸　

变化、巷道维护效果较好，又能提高巷道掘进速度。　

３．２创新点　

提出钢带选型设计法支护设计方法。经过　

５２０４风巷３种不同支护方式的试用，可以看出使用　

ｗ型钢带在确保巷道断面尺寸的基础上有明显的效　

果。但在小煤柱沿空掘巷的巷道及巷道压力大的巷　

道中，此钢带无法完成释压过程，造成钢带破坏，使　

支护失去作用，大大加大了巷道维修工序及维修难　

度。根据此情况，使用双筋双梁型钢带在５２０４风巷　

及５２１６运巷的试用中，在确保巷道断面尺寸，防止　

巷道断面尺寸的变化范围逐渐扩大，阻止活动岩层　

垮落，提高活动岩石强度，阻止破坏区岩层扩容、离　

层、滑动等方面有了明显的改善。　

全锚网＋钢筋梯子梁这种支护形式工人在施工　

上相对熟练，劳动强度也不大。从支护效果上来看，　

在承受围岩来压时，在一些顶板支护处，出现钢筋梯　

子梁开裂现象，在巷道围岩应力调整、趋于稳定后，　

变形也趋于稳定，有效控制了巷道变形，未发现锚杆　

断裂现象，但巷道变形量偏大，见图２。　

图２全锚网＋钢筋梯子梁支护段巷道变形情况　超高强锚杆＋宽ｗ钢带支护形式在劳动强度　

上比其它支护要大，施工时由于钢带强度较大，不易　

贴帮贴顶，施工困难、施工速度慢。巷道变形量较　

小，宽Ｗ钢带控制巷道变形比其它支护好一些。这　

种支护的缺点是让压性能差。故锚杆和钢带受力较　连壮丽：强力锚杆锚索在巷道支护的研究及应用　第２１卷第６期　

大，掘进期间锚杆破断较严重，在此支护区域共计补　

打破断锚杆５８根，占锚杆总数的１１．６％，补打被损　

坏的锚索３根，占锚索总量的１２％；宽ｗ钢带在顶　

角锚杆处断裂较多，见图３。　

】印　１４０　１２０　毒１００　嘲８０　嚣∞６０　

２０　０　

时ＩＮ１日Ｊ隔／ｄ　图３超高强锚杆＋宽ｗ钢带支护巷道　在全锚网＋双纵筋双横筋支护巷道支护段，支　

护形式与普通钢筋梯子梁相似，工人施工操作简单，　

支护强度高、效果好，支护让压性能好，锚杆和梯子　

梁断裂现象少，巷道变形量大于超高强锚杆＋宽ｗ　

钢带支护，小于全锚网＋单纵筋支护段，见图４。　

４５　４０　３５　３ｏ　２５　２０　ｌ５　１０　５　０　时间同Ｉ；｛｝，ｄ　图４全锚网＋双纵筋双横筋支护巷道　超高强锚杆＋窄Ｗ钢带支护锚杆数量少，操作　

容易，效率高；围岩破碎、宽帮高顶时，钢带撕裂、锚　

杆断裂现象严重，巷道在后期维修工程量较大；巷道　

变形值较大，支护效果不好。　

通过以上４种支护效果分析，结合生产过程中　

的各种因素，在受采动支承应力作用的５２０４综放工　

作面沿空掘巷采用全锚网＋双横筋双纵筋支护方案　既能有效控制巷道围岩变形、巷道维护效果较好，又　

能提高巷道掘进速度，方便生产、科学合理。　

采用该种支护提高了破碎围岩的残余强度及抗　

变形能力，使锚固体实现既能让压、释放围岩变形　

能，又能保持自身稳定、支撑外部围岩，使锚杆支护　

既有必要的锚固力，又有一定的让压性能，有效地控　

制围岩变形，实现动压巷道围岩稳定。　

采用全锚网＋双纵筋双横筋支护方案比其余３　

种支护方案最低节省支护费用５１９元，该种支护已　

经在４３３１瓦斯巷、６２０６切眼等多条巷道使用。截止　

到目前，采用该支护巷道累计长度１　３５０　ｍ，节约支　

护投入费用７０．０６５万元。若按照全年掘进进尺计　

划２３　０００　ｍ，小煤柱沿空掘巷、动压掘进和切眼等大　

断面巷道掘进量占１／４计算，每年将节约支护费用　

投入２９８．４２５万元。另外还将节约由于未采用该支　

护而产生的加打、补打锚杆（索）增加的人工投入费　

用。　

４结语　

实践效果表明：根据应力叠加作用下破碎围岩　

巷道应力分布规律，采用高强度、大延伸量的锚杆支　

护＋双纵筋双横筋梯子梁和直径为１７．８　ｍｍ预应力　

锚索加长锚固，能够有效控制巷道围岩变形、提高巷　

道掘进速度，又降低了巷道支护费用投入，科学合　

理，方便生产。同时，简化了施工工艺，降低了工人　

劳动强度，提高了作业现场的安全系数，比较好的解　

决了小煤柱沿空掘巷动压掘进和相似巷道掘进的困　

难，体现了支护设计的科学性、实用性，具有很高推　

广应用价值。　

［责任编辑：王伟瑾］　

（上接第３页）　

［５］　王少一．厚煤层分层开采覆岩破坏与变形规律的试验　研究［Ｊ］．现代矿业，２００９（１）：６０—６２．　［６］史红，姜福兴．采场上覆大厚度坚硬岩层破断规律的　力学分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４，２３（１８）　３　０６６—３　０６９．　

［责任编辑：王伟瑾］　

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