浅谈煤矿矿井的巷道支护

浅谈煤矿矿井的巷道支护

刘 剑

（煤炭工业山西晋城矿区建设工程质量监督站，山西 晋城  048006）

摘要：对于每个煤矿矿井的巷道来说，巷道支护是非常关键的，支护的使用种类也与矿井的环境不同而使用的支护材料不同。本论文分析了巷道支护的类别以及使用环境，煤矿矿井的支护形式及支护材料的选择取决于巷道围岩性质、压力大小、巷道的服务年限、用途及巷道的断面形状等因素。传统的巷道支护有木支护、料石及混凝土砌碹、矿工钢支护、u型钢支护，同时总结了锚杆支护的优点，并对巷道支护技术的发展进行了展望。

关键词：煤矿 巷道支护 锚杆支护 岩层

近年来，随着我国城市社会经济的快速发展，对能源需求日益加大，煤炭作为我国重要的能源资源，在国民经济中扮演着越来越重要的作用。但是，我国煤炭资源大多埋藏在地下，需要在井下开挖大量巷道，在煤矿资源开采的同时，保持巷道内畅通以及围岩稳定是保障煤矿顺利开采的重要前提。随着煤矿资源开采深度、开采强度的不断加强，巷道埋深日益增加，再加上新煤矿资源地质条件亦不断复杂化，高地应力巷道、松软破碎围岩巷道、特大断面巷道等复杂巷道层出不穷，急剧增加了巷道支护难度，采用新的巷道支护技术势在必行。在先后经历木支护、砌碹支护和型钢支护后，目前支护技术已广泛地采用了锚杆支护，锚杆支护已称为国内外提高煤矿开采效率的关键技术之一。

一、煤矿巷道支护形式

根据支护对围岩的作用方式不同，一般将煤矿巷道支护分为四类：一是支护力作用在巷道围岩表面，主要包括支架、砌碹支护等方式；二是支护力同时作用在围岩表面和内部的支护方式，包括锚杆和锚索支护等；三是通过改善巷道围岩力学性质强化围岩强度；四是改善巷道围岩应力状态，使得巷道处于应力降低区。

1．砌碹支护：砌碹支护属最为古老传统的支护方式，是一种刚性被动性支护，具有支护成本高、劳动强度大、施工速度慢、适应能力差等劣势，一般只在特殊巷道和硐室施工中采用。

2．棚式支架：棚式支护曾在上世纪90年代得到了广泛应用，使用率高达80%以上，根据支架使用材料分为木支架、钢筋混凝土及金属支架。与砌碹支护一样，棚式支架也是被动支架的一种，具有控制围岩早起变形能力差、与巷道表面接触面小等问题，在煤矿开采过程中经济性能不佳，逐渐被锚杆支护所取代。

3．锚喷支护：锚喷支护是联合使用锚杆和喷混凝土或喷浆的支护，该技术在上世纪60年代以来，已被广泛采用。锚杆和喷射混凝土与围岩共同形成一个承载结构，可有效地限制围岩变形的自由发展，调整围岩的应力分布，防止岩体松散坠落。锚喷支护具有成本合理、性能优越、适应性强等特点，经过过多年的发展，已经成为一项比较成熟的支护方式，是煤巷最主要的支护方式。

4．注浆加固：注浆加固适宜于破碎煤岩体掘进或巷道维修，采用注入水泥集料或高分子材料的浆液的方式填充围岩裂隙，固化破碎岩体，强化围岩自身承载力。注浆加固适应性范围较小，是一种补充式支护。

5．应力控制技术。应力控制法是控制围岩变形的另一种途径，主要采用人工卸压等措施使巷道周边的高应力向深部转移。降低巷道应力的方法较多，主要包括改变巷道布置方向、优化断面形状、改变断面尺寸等方法。由于人工应力控制法施工过程复杂，难易大规模推广使用。

6．复合支护。顾名思义，复合支护是采用两种或多种支护方式来支护巷道，复合支护能有效地综合多种支护方式的优点，摒弃缺点，更好地发挥支护效果。复合支护具有适应性强的特点，能广泛地使用在各种巷道支护中，但复合支护具有费用高、组合难、成巷慢等特点，在巷道支护过程中使用的比例较少，未来在技术成熟后，具有较大的发展空间。

二、锚杆支护的分类及优点

现实中煤矿井巷工程支护技术已广泛地采用了锚杆支护，锚杆支护已称为国内外提高煤矿开采效率的关键技术之一。锚杆支护支护的分类及优点有以下几种：

锚杆支护是锚固在煤、岩体内维护围岩稳定的杆状结构物，是一种主动支护形式，与被动支护相比，具有支护工艺简单，支护效果好，支护成本低、施工方便等优点。锚杆种类繁多，按锚固方式可分为三大类：粘结式、机械式、摩擦式；按锚固长度可分为：全长锚固、端部锚固、加长锚固。按锚杆的工作特性可分为可拉伸锚杆与不可拉伸锚杆；按锚杆强度的大小可分为普通锚杆、高强锚杆、超高强锚杆。

1.普通圆钢粘结式锚杆

普通圆钢（q235钢材）粘结式锚杆是目前应用较为广泛的锚杆型式，根据粘结剂不问，可为树脂药卷锚固和水泥药卷锚固，其锚固方式主要为端头锚固。树脂药卷锚固锚杆具有锚固效果好，可靠性高、使用方便、适用范围广等优点，锚杆的锚固力主要由锚杆的直径、材质确定，与高强度锚杆相比，锚杆的锚固力较低。

2.可拉伸锚杆

可拉伸锚杆按其基本原理可分为锚杆杆体可延伸和锚杆结构元件滑动可延伸两大类。

（1）杆体可延伸锚杆

杆体可延伸锚杆的工作阻力是由杆体材质的力学特性决定的，锚杆的延伸量则是依靠杆体材质较大的延伸率提供的。将其锚固在锚孔中后，围岩变形使杆体受拉，当杆体所受拉力达到一定数值时，杆体弯曲段被拉直，从而为锚杆提供一定工作阻力和一定的可缩量。

（2）结构元件滑动可延伸锚杆

结构元件滑动可延伸锚杆的典型形式有：滑动摩擦式、结构剪切滑动式、结构挤压滑动式。使杆体能够滑动的结构元件可设置在锚孔内，也可设置在孔口。这种锚杆的杆体是钢管，外端套以开缝套管，可以产生相对位移，套管上焊有挡环，托板制成凸形，依靠快硬水泥将内锚头粘结在孔内。

3.高强度和超高强度锚杆

长期以来，普通圆钢端锚锚杆是我国锚杆支护的主要形式，由于材料的屈服强度较低，限制了锚杆支护的大面积推广，为了提高锚杆支护的可靠性，近几年大力发展了高强度、超高强度锚杆。锚杆的强度主要是由锚杆的材质、直径及有关附件确定，按照钢材屈服强度σs可将锚杆分为三类：340mpa，为普通锚杆；340 mpa≤600mpa，为高强度锚杆；≥600mpa，为超高强度锚杆。

（1）高强度螺纹钢锚杆

高强度锚杆是用高强度螺纹钢制成，既可用于全长锚固也可用于端头锚固。对于全长树脂锚固的螺纹钢锚杆，主要由杆体、穹形球体、塑料增压垫圈、驱动螺母、托盘和树脂药卷组成。

（2）超高强度螺纹钢锚杆

超高强度螺纹钢锚杆是将整根普通螺纹钢锚杆（包括杆体和锚尾）通过合理的工艺方式和工艺参数进行整体强化热处理而制成的。使用高强度锚杆全长锚固不仅可以大大降低巷道的变形量，保证巷道安全可靠。而且可以适当增大锚杆的间排距，从而提高巷道掘进速度，降低支护成本。

4.管缝式锚杆

在实际应用中，管缝锚杆的锚固力往往难以得到可靠保证，特别是在动压巷道，巷道周边的破碎区较大时。另外，管缝锚杆遇水后易于锈蚀，也影响到锚杆的锚固力。因此，为保证管缝锚杆的安全可靠，一般只在生产地质条件较好、压力较小的巷道使用。

5.桁架锚杆

桁架锚杆是组合锚杆的一种，桁架锚杆的应用范围较广，可用于支护顶板完整或节理裂隙发育、破碎的回采巷道和断面较大或悬顶面积较大的硐室或巷道交叉点。

6.组合锚杆

根据锚杆支护巷道围岩的地质情况，使用单体锚杆不能有效控制围岩时，常采用组合锚杆支护。组合锚杆由锚杆、钢带、护网、托盘等组合而成。

三、煤矿锚杆支护技术的展望

经过多年的理论研究和技术积累，煤矿锚杆支护已逐渐成为煤矿开采的重要技术，但该技术的应用是一个系统工程，涉及到相关理论、力学测试、施工方法、材料适用等多方面内容，还可以通过积极开展巷道围岩地质力学测试，研究易于现场工程技术人员掌握的锚杆支护设计方法，开发锚杆支护新材料和支护施工机具新品种，进一步完善锚杆支护技术相关理论技术。

参考文献

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[2]王玉宝，单仁亮，蔡炜凌，王辉，杨树军，徐成．西山矿区煤巷掘进速度影响因素因子分析  煤炭学报  2011

[3]田柯，田取珍．锚杆支护参数对巷道围岩稳定性影响研究  山西煤炭 2011