关于煤矿锚杆支护的探究及应用

第４１卷第２１期　２　０　１　５年７月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖ＿０Ｉ．４１　Ｎｏ．２１　Ｊｕ１．　２０１５　・５１・　

文章编号：１００９—６８２５（２０１５）２１－００５１—０２　

关于煤矿锚杆支护的探究及应用　

陈光波郭海涛　

（黑龙江科技大学，黑龙江哈尔滨１５００００）　

摘要：论述了煤矿锚杆支护的现状和理论，对锚杆受力曲线和围岩响应曲线进行了分析，探究了锚杆在煤矿中的应用技术，并举　

例说明了锚杆支护在变形巷道中的应用成效，指出锚杆支护技术体系的完善和发展，促进了其在煤矿中的推广应用。　

关键词：煤矿，巷道，锚杆支护，应用　

中图分类号：ＴＤ３５５．９　文献标识码：Ａ　

１　锚杆支护的现状及理论　

我国煤矿以地下开采为主，井下大量巷道的开挖引起原岩应　力状态发生改变，为了满足矿井的安全生产，必须保持巷道的畅　

通和稳定。近几年来，巷道的支护越来越受到关注。　绝大多数矿区煤矿巷道支护已经实现了６０％的锚杆支护率，　

其中个别矿区超出了８０％，甚至有的矿区煤巷全部是锚杆支护。　我国煤矿经过对锚杆支护体系的不断完善和发展，边探索边前　进，已经形成了具有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系。　

传统的锚杆支护理论…主要包括组合梁理论、悬吊理论、组　

合拱理论和冒落拱理论，它们都有效的指导了煤矿的安全生产，　

对煤矿未来的发展起到了推动作用。锚杆支护理论的作用机理　

涵盖了如下几方面：　１）就锚杆支护系统本身来讲，最重要的内在因素是刚度，特　

别是锚杆预应力起到了关键性的作用。同时，非常高的预应力也　

就决定了锚杆必须具备非常高的强度。　

２）控制锚固区和锚固区附近围岩裂隙的张开、离层以及在新　

的裂纹产生时围岩因为扩容发生的破坏和变形是锚杆支护最重　

要的作用。　３）锚杆预应力的扩散严重影响着锚杆支护的效果。为了合　

理地把锚杆预应力扩散到离锚杆更远的围岩中以提高围岩稳定　

性和强度，应该使用特殊辅助构件，如钢带、托板与金属网等。　

灰土桩的质量与工人的素质及责任心有很大关系。在灰土桩施　工的同时，必须有施工人员配合往桩孔内添加灰土，这些无形之　

中增加了人工费，造成工程造价提高。施工完毕后，根据桩基检　

测单位对施工质量的要求及现场试验得出的数据，采用夹杆锤夯　

填机用自动填料装置完全可以达到设计要求压实度９８％的要求。　

由于我国存在大量湿陷性黄土地区，土挤密桩和灰土挤密桩的成　桩材料来源广泛，而且充分利用自身桩体和桩身周边土共同受　４）锚杆支护与喷浆支护结合形成联合支护系统，简称锚喷支　

护。喷射混凝土支护与锚杆支护联合搭配支护，能够起到紧固松　动的岩块和防止坠块的效果，使巷道的承载能力得到明显提高。　

５）锚杆支护与注浆支护＿２　结合形成的锚注联合支护系统。　

巷道注浆加固支护是支护层次最高的支护，常用于软岩巷道和围　

岩异常破碎的巷道的加固和维修。　

２锚杆受力曲线和锚杆支护围岩响应曲线分析　

经过科学研究得出：锚杆存在以下五种类型的受力曲线，如　图１所示。曲线１是一条乎直的直线，随着时间的推移，锚杆的受　

力很小且几乎不变。此类锚杆属于低预应力锚杆，在支护原理上　

属于被动支护，基本达不到理想的支护效果；曲线５随着时间的　

推移锚杆的受力逐渐增大，达到一定值后受力减小；此类锚杆属　

于高预应力、强力锚杆，分析得出锚固区位移差不大，而且周围煤　

岩体扩容变形也在允许的范围内；曲线２一曲线４位于曲线１和　

曲线５之中，此类锚杆的预紧力远远小于临界值，控制巷道围岩　

离层的作用效果差。　

根据图１的锚杆受力变化曲线，分析了锚杆受力特征，得到　

锚杆支护围岩响应曲线　，如图２所示，其中，图２中的曲线编号　

与图１相对应。曲线５是高预应力、强力锚杆支护与围岩的响应　

曲线，此类锚杆支护能减少围岩变形量，使围岩变形在可控范围　

之内，保持了围岩的稳定性；由曲线２可以看出随着边界位移的增　

力，造价低廉，是小高层乃至高层建筑地基处理中施打土挤密桩　

和灰土挤密桩的理想施工机具。　

参考文献：　

［１］　龚晓南．地基处理手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，　

２０１０．　［２］　张喜彦，柴志信，高英杰．灰土挤密桩地基施工中若干问题　

的探讨［Ｊ］．山西建筑，２００３，２９（１０）：３０－３１．　

Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｌａｍｐｉｎｇ　

ｈａｍｍｅｒ　ｔａｍｐｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｕｓｅｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　

Ｗａｎｇ　Ｙｕｌｏｎｇ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｉｍｐｌｙ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｃｏｐｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｃｌａｍｐｉｎｇ　ｈａｍｍｅｒ　ｔａｍｐｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｕｓｅｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｉｌｌｉｎｇ　

ｄｅｖｉｃｅ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｉｍｅ　ｓｏｉｌ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｐｉｌｅ，ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔｓ　

ａｎｄ　ｓａｆｅｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｌａｍｐｉｎｇ　ｈａｍｍｅｒ　ｔａｍｐｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｕｓｅｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｍ—　

ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｓｕｒｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕＭｉ￣，ｗｏ￣ｈｙ　ｏｆ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐａｃｋｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ，ｔａｍｐｉｎｇ　ｈａｍｍｅｒ，ｌｉｍｅ　ｓｏｉｌ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｐｉｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　

收稿日期：２０１５－０５—１０　作者简介：陈光波（１９９０・），男，在读硕士；郭海涛（１９８９一），男，

在读硕士　第４１卷第２１期　・５２・　２　０　１　５年７月　山　西　建　筑　

大，支护压力先急剧升高，然后缓慢降低的过程。此类锚杆可以承　

受的围岩变形量较小，在曲线的可承受的压力最高点锚杆破断，由　

于破断的锚杆支护能力非常弱，围岩基本处于无支护状态，因此锚　

杆破断后，围岩的变形量急剧增大；由曲线３看出开始时随着围岩　

变形量增加，支护压力不断升高，下降到一定值时，支护压力随着　围岩变形量的增加而趋于稳定；曲线４可以看出随着围岩变形量　

的增加，锚杆支护压力明显不稳定，后期锚杆锚固力降低，支护效　

果不明显，此类锚杆不适用于围岩变形量太大的巷道，有可能导致　

围岩失稳。　

时间　圈１锚杆受力变化曲线　幽　

＇ｌ巾（　

边界位移　图２　锚杆支护围岩响应曲线　

３锚杆支护在煤矿中的应用　

３．１　修复巷道　

锚杆支护可以修复巷道，尤其是处在采动影响区的巷道，支　

护方式为整体混凝土支架支护时，支架可能受到裂隙破坏。此　

时，可在支架破坏处使用锚杆支护作为巷道的补充加强支护。在　

巷道顶板打设锚杆，在锚杆的支护下，顺便清理冒落的岩石，再向　

巷道底板打锚杆，这样整个巷道就完成了锚杆支护。　

３．２防治巷道底鼓　

锚杆加固是防治巷道底鼓强有力的措施。在巷道底板附上　与巷道横交的锚梁，使用锚杆将锚梁紧拉向底板，一般使用的锚　

杆为金属锚杆、钢筋混凝土锚杆和钢丝绳锚杆等几种类型。经大　

量的实践验证，在锚杆支护的作用下，巷道底鼓的变形量减少　

１／３—２／３。　

３．３加固水平间煤柱　

锚杆支护是加固水平间煤柱最经济、合理、有效的支护方式。　根据煤层的厚度，水平问的煤柱先采用桁架式支架来支护，然后　

再使用锚杆支护。此时，超前工作面２．０　ｍ左右安装桁架式　

支架。　以下是某煤矿资料，根据实际情况，在此煤矿探索研究了高　

预应力、高韧性、强力支护技术。　巷道状况：巷道为埋深Ｈ：７１０　ｍ左右的工作面回风巷，断面　

形状为下宽上窄的倒梯形，高ｈ＝２．５　ｍ，宽Ｌ＝５．０　ｍ。煤层状况：　

煤厚Ｍ＝１１　ｍ，倾角ｏｔ：２０。左右，抗压强度Ｒ。：８２０　ＭＰａ。顶板状　

况：直接顶为泥质砂岩与细砂岩。此巷道采用强力锚杆、锚索联　

合支护方式。支护参数：锚杆为直径２２　ｍｍ长度２．１４　ｍ的树脂　

加长锚杆。ｗ钢带与金属网配合护顶。锚杆间排距为８００　ｍｍ，　

顶板和上帮每排７根，下帮５根。锚杆预紧力达到５００　Ｎ・ｍ。使　用直径２２　ｍｍ、长度６．１３　ｍ、张拉力为３００　ｋＮ的锚索。顶板锚索　

间排距１．８　ｍ，每排２根。　

巷道经过锚杆锚索支护后：巷道从掘进到稳定的两帮移近量　

为１１５　ｍｍ，顶底板移近量为３０　ｍｍ，顶板稳定，无离层，起到了非　

常明显的支护效果。留巷期间，从工作面前方１０　ｍ到后方１００　ｍ　

内，顶底板移近量增加１５０　ｍｍ，巷道呈稳定状态。在留巷复用期　

间，虽然历经二次采动影响，但回采工作面几乎没有受到超前支　

承压力的影响。对有些地段出现的围岩变形和巷道底鼓现象，采　

取了特种支护手段，使巷道围岩的变形始终保持在允许的范围　

内。从开始掘进一直到最后复用的过程中，达到了理想的支护效　

果，可以完全满足矿井的安全、高效、经济的生产要求。　

４结语　

经过以上理论分析和实践应用，得出了以下结论：　１）在煤矿巷道支护技术方面，我们不断摸索，在曲折中前进，　

一步步发展和完善了锚杆支护技术。该技术也得到了认可和使　

用，是合理、有效、经济的支护方式Ｈ　，也是煤矿在保证安全的条　

件下实现良好的经济效益必备的关键。　

２）现在的巷道支护已经不仅仅是单一的锚杆支护技术，它还　

融合了喷浆、注浆方式形成锚喷、锚注等联合支护方式。同时，近　

年来也开发出包括高强度、高刚度支护材料和快速施工机具与工　

艺在内的锚杆支护技术新体系，也广泛应用于煤矿巷道的支　

护中。　

３）复杂多变困难条件的巷道已经成功使用了新型的锚杆支　

护成套技术，例如深井巷道、泥质软岩巷道、沿空留巷、沿空掘巷　

以及受采动影响严重的巷道，并且都有效控制了围岩的变形，达　

到了理想的支护效果。　

参考文献：　［１］　巨云峰．锚杆支护原理及其在煤矿中的应用分析［Ｊ］．河南　

科技，２０１２，３（下）：７８．　

［２］　杨新安，陆士良，葛家良，等．软岩巷道锚注支护技术及其工　

程实践［Ｊ］．岩石力学与工程学报，１９９７（１６）：１７１・１７７．　

［３］　康红普，王金华，高富强．掘进工作面围岩应力分布特征及　

其与支护的关系［Ｊ］．煤炭学报，２００９，３４（１２）：１５８５—１５９３．　

［４］　康红普，王金华．煤巷锚杆支护理论与成套技术［Ｍ］．北京：　

煤炭工业出版社，２００７．　

［５］　侯朝炯，郭励生，勾攀峰，等．煤巷锚杆支护［Ｍ］．徐州：中国　

矿业大学出版社，１９９９．　［６］　张路亭．关于煤矿巷道支护技术的研究［Ｊ］．产业与科技论　

坛，２０１１，８（１０）：１６．　［７］康红普，王金华，林健．煤矿巷道支护技术的研究与应用