专题-煤矿巷道锚杆支护技术研究.doc

1、专题部分煤矿巷道锚杆支护技术研究摘要：煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程。我国煤矿于 1956年开始在岩巷中使用锚杆支护，至今已有50多年的历史。锚杆支护经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。早期的锚杆主要是机械锚固锚杆、钢丝绳砂浆锚杆、端部锚固树脂锚杆、快硬水泥锚杆及管缝式锚杆等。这些锚杆支护强度与刚度低、支护原理上仍属于被动支护，只适应于 简单地质条件。对高强度锚杆支护技术的认可是19961997年引进澳大利亚锚杆支护技术开始的。通过引进技术与示范工程，高强度螺纹钢锚杆并进 行加长或全长树脂锚固，动态支护设计方法，小孔径树脂锚固预应力锚索等新技

2、术、新材料、新方法 在很多矿区得到推广应用，取得较好的支护效果和经济效益。但是，随着巷道埋深增加，地质条 件的复杂化及受到强烈的采动影响，高强度锚杆支护逐渐暴露出很多问题。在深部及复杂困难巷道中，高强度锚杆支护巷道围岩变形大，支护构件破坏严重，支护效果差，不能满足安全生产要求。关键词：煤矿；巷道支护；锚杆支护；成套技术Study on bolt support technology in coal mine roadwayAbstract : Coal roadway through wood supporting, arching support, steel support by bolt

3、ing long process. Chinas coal mines in 1956 began to use the rock bolt support, has been more than 50 years of history. Bolt support has experienced the development process from low strength, high strength to high prestress and strong support. Early bolting is mainly mechanical anchoring bolt, steel

4、 wire rope mortar anchor bolt, anchor bolt, fast and hard cement anchor bolt and pipe joint bolt. The strength and stiffness of the anchor bolts are low, and the support is still in the passive support, which is only suitable for the simple geological conditions. The approval of the high strength bo

5、lt support technology is the beginning of the introduction of Australian bolt support technology from 1996 to 1997. Through the introduction of technology and demonstration project, high strength thread steel bolt and lengthened or resin anchoring length, dynamic support design method, small apertur

6、e resin anchoring prestress anchor new technology, new materials and new methods in many areas get popularization and application, has good supporting effect and economic benefit. However, with the increase of buried depth, the complexity of the geological conditions and the impact of strong mining,

7、 high strength bolt support gradually exposed a lot of problems. In the deep and complicated roadway, high strength bolt support roadway surrounding rock deformation is big, the support member destruction is serious, the support effect is poor, can not meet the safety production requirements.Keyword

8、: coal mine; roadway support; bolt support; complete set of Technology1 前言我国煤矿主要是井工开采，需要在井下开掘大量巷道。据不完全统计，国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总长度高达8 000 km 左右，80%以上是开掘在煤层中的巷道，保持巷道畅通与围岩稳定对煤矿建设与安全生产具有重要意义。随着煤矿开采强度与范围显著增加，巷道布置 出现了以下发展方向：(1) 在巷道层位方面，永久性巷道从岩巷向煤巷发展，以提高掘进速度，缩短 建井周期；放顶煤开采技术的广泛应用，使得回采 巷道从岩石顶板煤巷向煤层顶板巷道和全煤巷道发 展。(2)

9、 在巷道断面形状与大小方面，拱形断面向矩形断面，发展以提高掘进速度与断面利用率，回 采巷道有利于采煤工作面的快速推进；小断面向大 断面发展，以满足大型采掘设备与高开采强度的要 求。(3) 在回采巷道数量方面，单巷布置向多巷发展，以满足高瓦斯矿井及大型矿井运输、通风的要求。（4）从巷道赋存条件方面，埋深从浅部向深部发展，从简单的赋存条件向复杂的赋存条件发展。所有这些发展趋势都增加了巷道支护的难度，对支护技术提出了新的要求。2 煤矿巷道支护的分类根据支护对围岩的作用方式可将煤矿巷道支护分为4类: 支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等;支护力不但作用在围岩表面

10、,而且作用在围岩内部的支护方式,如锚杆与锚索支护;改善巷道围岩力学性质,提高围岩强度的加固方法,如各种注浆加固方法; 改善巷道围岩应力状态,使巷道处于应力降低区,如各种应力控制技术。(1) 砌碹支护。砌碹支护是应用很早的支护方式,目前在一些矿井的硐室、大巷中仍然采用。按砌 碹支护材料可分为:料石、混凝土砌块、现浇混凝土、 现浇钢筋混凝土等。但是,砌碹支护属于刚性被动支 护,不仅支护成本高、施工速度慢,劳动强度大,而且 不能适应围岩大变形。除特殊巷道和硐室,一般不宜采用。(2) 棚式支架。棚式支护曾经是煤矿巷道的主要支护方式,在20世纪 90年代初,这种支护所占的比重高达80%以上。按支护材料可

11、分为木支架、钢筋混凝土支架及金属支架,其中木支架与钢筋混凝土支架已经逐步被淘汰。金属支架按工作原理分刚性与可缩性支架;按支架材料分为工字钢、U型钢及其 它;按断面分为梯形、拱形、圆形、环形。但是,棚式支 架也属于被动支护,支架与巷道表面很难密切接触,控制围岩早期变形的能力差,在复杂困难条件下支护效果差、成本高。棚式支架的用量在逐年减少,被锚 杆支护逐渐替代。(3) 锚喷支护。我国煤矿于1956年开始在岩巷中使用锚喷支护,至今已有50多年的历史。喷射混凝土可及时封闭巷道周边,实施密贴支护,减少水、风 对围岩强度的影响。锚杆可及时支护围岩,起到主动加固作用,充分发挥围岩的自承能力。经过多年来连续不

12、断的研究、试验与推广应用,锚喷支护技术无论在支护理论、支护设计,还是支护材料、施工机具与工艺、质量检测与矿压监测方面都取得了长足发展。锚喷支护不仅成为岩巷首选的、性能优越的支护形式,而且锚杆支护也成为煤巷的主体支护方式。(4) 复合支护。复合支护是采用两种或两种以上的支护方式联合支护巷道。如果能充分发挥每种支护方式，会有更好的支护效果和更广泛的适用范围。复合支护虽然适用范围广,但支护费用高,成巷速度慢,支护形式 选择不匹配时,往往造成各个击破的情况。应针对巷道具体条件,选择合理的复合支护形式,才能达到预期效果3 锚杆支护的发展历史与现状3.1国内发展历史与现状在煤矿巷道支护中，锚杆支护与传统的

13、棚式支护相比，具有显著的技术与经济优越性，现已发展成为世界各国矿井巷道以及其它地下工程支护的主要形式之一。我国从1956年起，在煤矿岩巷中使用锚杆支护，至今已有40余年的历史，60年代锚杆支护开始进入采区。“九.五”期间，原煤炭工业部将锚杆支护列为煤炭工业技术发展的五个项目之一，经过教学，科研与生产单位的联合攻关，煤巷锚杆支护技术有了较大的提高，煤巷中锚杆支护的应用有了迅速发展，到1998年，煤巷锚杆支护比重提高到了20.14%。半煤岩巷中提高29.74%。发展煤巷锚杆支护是我国继推行综采后的第二次重大支护技术革命。给我煤矿带来了巨大的技术经济效益。回顾锚杆支护的发展，它经历了如下的发展历程：

14、1945-1950年，机械式锚杆研究与应用；1950-1960年，广泛采用机械式锚杆，并开始对锚杆支护进行系统研究；1960-1970年，树脂锚杆推出并在矿井得到应用；1970-1980年，发明管缝式锚杆、胀管式锚杆并应用，研究新的设计方法。长锚索产生；1980-1990年，混合锚头锚杆、衔架锚杆、特种锚杆等得到应用，树脂锚固材料得到改进；1990-2000年，螺纹钢锚杆为代表的锚杆加之长锚索得到了广泛的应用。煤矿锚杆支护的发展，使矿井中的吨煤成本和巷道的支护成本显著降低。巷道推进速度有了很大的提高。支护质量和安全条件得到了很大的改善，找到了煤矿发展的技术途径。从我国各主要产煤矿区在煤巷、半煤

15、岩巷、开拓巷道推广螺纹钢锚杆支护和在煤层巷道中推广螺纹钢锚杆加锚索联合支护技术的情况看，综采综放工作面原煤产量、掘进的单进水平大幅度提高，事故率大幅度下降，取得了巨大的经济效益和社会效益。3.2国外的发展历史与现状早在四十年代，美国、前苏联就已在井下巷道使用了锚杆支护，以后在煤矿金属矿山、水利、隧道以及其他地下工程中迅速得到了应用和发展。特别是美国、澳大利亚等国，由于煤层埋藏条件好，加之锚杆支护技术及其辅助施工设备不断发展并日益成熟，因而锚杆支护使用很普遍，目前在煤矿巷道支护比重中几乎达到了100%。澳大利亚是目前使用锚杆支护技术最普遍、效果最好的国家之一。澳大利从20世纪60年代初推行旺格利

16、采煤法以来，在回采巷道均采用W型钢带组合锚杆支护及型钢支护。自1971年采用长壁采煤法以来，工作面上下顺槽也采用W型钢带组合锚杆支护，其最大巷道断面达15以上。此外，在巷道交叉点、大峒室及处理顶板冒高区，也都采用组合锚杆支护，且随着具体条件的变化，锚杆的形式也有所区别。在支护设计方面他们认为水平主应力是巷道布置和支护设计的依据，1991年已完成了澳大利亚主要矿区的“地应力图汇编”工作。其配套机具和支护材料比较先进，已经达到规范化和系列化的程度。澳大利亚特别重视巷道监测技术，它不仅保证了巷道安全程度，而且可用于验证和修改初步设计。英国最近几年锚杆支护技术发展极为迅速，20世纪80年代中期，在美国、澳大利亚等国的影响下，巷道中有重新采用锚杆支护技术。到目前为止锚杆支护巷道的长度占巷道总长度的80%以上。英国的锚杆支护是从澳大利亚引进的，支护设计依据为水平应力理论，认为锚杆对顶板提供侧向约束作用与抗剪切作用