煤矿预应力锚杆支护技术de发展.pdf
张永客
[摘 要]我国的煤炭资源使用较多，而我国的煤矿储量也在不断的减少，在这种情况下为了保障用煤需求就需要更深层次的挖掘煤炭，但是随着挖掘深度的增加其危险性系数也随之增加，为了保障煤矿挖掘的正常进行就需要对巷道加固，其中预应力锚杆支护技术就可以较好的达到要求，保障煤矿开采的安全进行，本文将详述煤矿锚杆支护技术的发展、预应力锚杆支护理论以及预应力锚杆支护技术的应用。
中图分类号：G669 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0050-01
1、煤矿锚杆支护技术的发展
在煤矿开采中锚杆支护技术运用的较早，当时的煤矿开采条件也不是非常苛刻，所以简单的锚杆支护技术就可以满足煤矿安全开采的需要。随之我国煤矿开采又使用了锚喷支护技术，但是由于开采地质较为复杂、锚杆支护强度较低。所以锚杆支护技术停滞不前[1]。但是随着煤炭资源的缺乏人们不得不研究出强度更高的锚杆来完成巷道的安全支护工作，于是就相继推出了机械锚固锚杆、快硬水泥锚杆以及高强度树脂锚固锚杆，这些锚杆在我国煤矿的开采过程中都取得了较好的效果，但是随着煤矿挖掘深度的进一步增加，这些锚杆支护技术也逐渐被淘汰。
2、煤矿预应力锚杆支护理论
2.1 锚杆支护作用分析
锚杆支护作为围岩的一种加固技术，与设置在巷道开挖表面、限制开挖边界位移的各种支护结构（金属支架，砌碹与混凝土衬砌等）的支护原理有本质区别。通过对锚杆支护构件作用、加固机理研究，结合围岩性质的三要素：围岩强度、围岩结构和围岩应力，对锚杆支护的作用有以下共识：
（1）锚杆可不同程度地提高围岩强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等力学参数，而且主要是改善围岩屈服后的力学性质，显著提高屈服后的强度，改变屈服后围岩变形特性。
（2）锚杆对围岩结构面的强度影响很大。通过锚杆提供的轴向力与切向力，提高结构面抗剪强度，阻止结构面产生移动与滑动。通过提高结构面强度，提高节理煤岩体整体强度、完整性。
（3）锚杆给围岩施加一定压应力，改善围岩应力状态。对于受拉区域，可抵消部分拉应力；对于受剪区域，通过压应力产生的摩擦力，提高围岩的抗剪能力。
2.2 预应力对锚杆支护作用机理
近年来，随着锚杆支护技术的快速发展，锚杆支护理论研究也有较大进展。逐步认识到提高锚固体的刚度非常重要，特别是预应力在锚杆支护中的决定性作用。我国煤矿对锚杆预应力重要性的认识主要受美国的影响。美国矿山巷道锚杆预应力一般为100kN，达到锚杆杆体屈服强度的50%～75%。高预应力锚杆显著提高了巷道支护效果与围岩稳定性，大幅度降低了顶板事故。我国较早采用预应力支护技术的典型例子是1996年以来推广应用的小孔径预应力树脂锚固锚索。不仅因为锚索锚固深度大，更主要的是锚索可以施加较大的预应力，显著提高了巷道支护效果，扩大了锚杆应用范围。通过不断研究与试验，对预应力锚杆支护机理有了比较深入的认识。
（1）预应力锚杆的本质作用在于控制锚固区围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏，保持锚固区围岩的完整性，减小锚固区围岩强度的降低，在锚固区内形成刚度较大的预应力承载结构。
（2）锚杆预应力及其扩散对支护效果起决定性作用。不仅要对单根锚杆施加较高的预应力，而且必须通过托板、钢带等构件将预应力扩散到围岩中，护表构件在预应力支护系统中发挥重要作用。
（3）锚杆支护系统存在临界支护刚度，即使锚固区不产生明显离层和拉应力区所需要支护系统提供的刚度。支护系统刚度小于临界支护刚度，围岩将长期处于变形与不稳定状态。
（4）锚杆支护对围岩弹性变形、峰值强度之前的塑性变形及整体变形控制作用不明显，要求支护系统应具有足够的延伸率和冲击韧性，使这类变形得以释放，避免锚杆拉断与脆断。
（5）预应力锚索的作用主要表现在两方面：一是将锚杆支护形成的预应力承载结构与深部围岩相连，提高预应力承载结构的稳定性，同时充分调动深部围岩的承载能力；二是锚索施加高预应力，与锚杆形成的压应力区组合成骨架网状结构，主动支护围岩。
3、预应力锚杆支护技术的实践应用研究
3.1 各项锚杆支护技术的配合运用研究
预应力锚杆和锚索支护技术的应用，采用预应力锚杆和锚索支护巷道进行相互配合操作，能够充分的发挥出其各自的有效作用，并且能够共同对矿井围岩进行支护。这项技术的应用直接提升了锚杆支护效果，促使锚杆支护的范围不断的扩展。而且还可将此项技术全部使用在支护顶板、两帮以及在底板支护方面，其中锚杆和锚索的位置可进行交错不知，也可直接将其统一起来。如今这种支护的方式开始真正大范围的应用在全煤巷道以及相应的煤顶方面。通常在空掘巷、软岩巷道以及高应力巷道等应用得较为普遍。
全预应力锚索支护技术的应用，这项支护技术通常应用在巷道的顶板、两帮乃至在板底位置等，军都采用了预应力锚索支护的方式。非常适用在那些受到强烈动压的影响巷道方面，比如高预应力巷道和软岩巷道等的适用条件都比较困难。预应力锚杆、注浆及锚索联合加固技术的应用，当巷道的围岩出现松软破碎时，大量的锚杆和锚索锚固力本身难以获得保障，而预应力锚索和锚杆本身和注浆联合属于一种真正有效的加固类技术。通过注浆可直接将松软的围岩进行稳固處理，从而以此来提升围岩的强度。经过注浆之后，能够有效的控制好围岩的变形状态。
3.2 预应力锚杆支护的效果分析
通过对多个井下矿区的研究表明，预应力锚杆和锚索联合支护时，必须采取注浆加固的形式，并且这也是最为复杂和困难得一种支护方式。例如，在新汶协庄矿内的锚杆支护方面，整个矿井超千米深井高地应力巷道，通常都是采用高预应力来进行，在经过强力的锚杆支护作用后，巷道内的围岩位移明显降低到了70%作用，而顶板离层则直接降低了90%。又比如在淮南谢矿内的支护情况，其主要采用了高预应力强力锚杆和锚索支护，在联合单体支柱配合膏体充填巷旁支护，真正有效的稳固了空留巷在服务期内的变形清理，实现了围岩及充填体的稳定，最终满足其安全生产的发展需求。再例如潞安屯留矿就直接采用了预应力锚杆、锚索，还有注浆等多种综合加固技术来进行，真正实现了对松软围岩流变的控制，保证了矿井的稳定开采运行。
参考文献
[1] 张义兴.浅谈煤矿预应力锚杆支护技术[J].科研，2016（11）：00022-00022.
[2] 闫振超.探讨煤矿预应力锚杆支护技术的实践应用及发展[J].科技展望，2015，25（34）.endprint
