锚杆支护巷道围岩变形监测分析研究

锚杆支护巷道围岩变形监测分析研究

林俊

广州恩永工程技术有限公司广东广州510000

摘要：锚杆支护巷道围岩破坏往往无征兆其具有隐蔽性。因此通过对巷道两帮及顶板围岩发生的相对位移进行监测分析，可在验证基本支护参数合理性的同时为修改完善初始设计提供依据，以便及时发现安全隐患，保障安全生产。

关键词：锚杆支护；巷道围岩；变形；监测

锚杆支护已广泛应用于煤矿巷道围岩支护，是煤矿巷道支护的主要形式，锚杆支护具有成本较低、支护工艺简单和提高巷道断面利用率等优点。支护参数的合理选择使锚杆支护的优越性能够得到充分发挥，并保证了巷道支护的可靠性。锚杆支护形式和参数的选取是支护设计的关键因素，是关系到锚杆支护工程质量的优劣和是否安全可靠的重要问题。

1锚杆支护密度对巷道围岩变形影响的理论分析

巷道围岩在开挖之后，在应力作用下会产生变形，形成松动圈、塑性区和弹性区，松动圈部分的围岩处在塑性流动阶段，其强度较低，容易发生失稳。锚杆通过预应力施加给锚杆周围的破碎岩体一个压应力，由文献可知，增加围压能够增加岩石的残余强度，增加围岩的自承能力，利于围岩的稳定。锚杆周围能够形成压应力区，如果锚杆支护密度过小，锚杆之间就可能存在近零应力区，整个围岩就存在支护的薄弱点，对支护结构的整体性有很大的影响，无法充分发挥围岩自身的承载性能。随着锚杆支护密度逐步提高，近零应力区逐渐减小，直至消失，如果继续增大支护密度，对于围岩支护性能的提高将不再明显。因此，对于锚杆支护密度的选择存在最优解，既能满足巷道围岩变形的控制，又能够实现较好的经济效益，避免支护密度过大。

2锚杆锚固机理及围岩概况

锚杆在安装后锚固力的发展可分为3种：安装锚杆后，人为对锚杆进行张拉而使锚杆对围岩施加的预应力称其为初锚力；随围岩活动的进行，如顶板岩层下沉、层间分离、煤帮涌出或底板臌起等，锚杆要阻止围岩的进一步变形，这种锚杆对围岩的作用力即为工作锚固力，有被动承载的意思；当围岩表面与深部的相对变形量超过锚固剂的极限变形后，工作锚固力丧失，但锚杆对围岩仍有约束力，该力称为残余锚固力。锚杆最大锚固力是锚杆实际工作特性的一个重要指标，是锚杆与围岩相互作用的过程中锚杆能够达到的最大锚固力。锚杆刚度（增阻速度）是锚固力在未达到最大工作阻力之前单位围岩位移产生的锚固力增量。锚杆初锚力直接影响锚杆支护效果，对锚固体中的应力分布会产生一定的影响。

某采矿工程围岩中老顶、直接顶、煤层、直接底和老底5种岩层的岩性依次为中粒砂岩、细砂岩、碳质泥岩、煤层、泥岩、细砂岩。某煤矿未来的开采深度范围大致在600～900m，由于岩层及荷载的条件较多，所以本文拟针对埋深为800m的情况下，以煤层作为研究对象，分别改变锚杆的最大锚固力、刚度及初锚力，来研究锚杆最大锚固力、刚度、初锚力对巷道围岩变形的控制作用。从现场测试所获得的地应力测定结果得到：三个方向的主应力大致相等，尤其是对于软弱围岩可近似地看作满足静水压力，其主应力主要与开采深度有关。

3加固巷道支护方法

由于回采工作面不可能采用缩小锚杆排间距的方法增加锚杆密度，只能采用补打锚杆、锚索加强支护。

3.1煤柱补强

在工作面采动过程中的矿压监测表明，顶板6m范围内的顶板离层增加量不明显，说明顶板支撑强度能满足支护要求，不需加强顶板支护。第一阶段主要考虑加固煤柱锚杆支护所形成的次生承载层，提高其支撑强度。加固方法：帮每两排增打两根树脂锚杆，上下间距900mm，采用22#-M24-2400左旋无纵筋螺纹钢锚杆；每4排打设1根锚索补强，锚索采用高强度低松驰预应力钢绞线，长度5m。从工作面煤墙开始向外加强支护l00m。

3.2煤墙补强

巷道煤墙只有一个释放压力的自由面，而煤柱有两个释放压力的自由面，煤柱受压后分别向采空区和巷道内释放压力，虽然煤柱的支撑压力远远大于煤帮侧，但表现出煤墙侧的表面位移量要超过煤柱侧。加固方法煤墙帮每排增打两根玻璃钢锚杆，上下间距900mm，从工作面煤墙开始向外补强支护l00m，同时进行煤柱补强支护。

3.3底板支护

治理底鼓一直是采取拉底清煤保证巷道净高的方式进行的，由于运输巷的设备较多，无法进行底板支护，在对运输巷道围岩补强的同时，在回风巷道进行了采用钻锚注一体化治理巷道底鼓，取得了明显的支护效果。

4玻璃钢锚杆

（1）根据某铁矿玻璃钢锚杆现场支护试验及收敛监测分析表明，玻璃钢锚杆和螺纹钢锚杆收敛变形趋势相同，收敛变形速率基本保持一致，说明两者支护效果一致。在控制巷道变形方面，玻璃钢锚杆满足支护的要求。

（2）玻璃钢锚杆具有轻质、高强度、抗腐蚀、低松弛、非磁性、抗疲劳等优点。在我国金山店富水区域，螺纹钢锚杆易腐蚀失效，而玻璃钢锚杆具有较好的防腐性能，不会出现支护过久而导致腐蚀失效的安全事故，有利于支护安全。

（3）根据现场观测分析显示，巷道发生较大的变形主要是由于支护时预应力不足造成。因此，对于玻璃钢锚杆锚杆支护的巷道，提高玻璃钢锚杆配套的托盘螺母承载力，并用金属螺母来替代原有的塑料螺母来施加预应力，通过托板将整个金属网和喷层紧密地连接在一起，增强整个支护系统的支护强度，取得了比螺纹钢锚杆更好的支护效果，减少了巷道的变形量，防止了金属网和喷射的混凝土层脱落，改善了巷道支护效果。

（4）根据玻璃钢锚杆在铁矿试验巷道支护中的监测变形分析和支护改进措施，可以将玻璃钢锚杆推广应用到整个矿山支护中，也为金属矿山科学制定巷道支护方案提供了基础依据。

总结：通过对巷道围岩表面位移的监测，可以掌握围岩动态及支护状态，同时能通过监测数据对围岩稳定性及锚网支护效果进行分析和评价，并能预测围岩变形变化趋势，相关人员可以提前采取相应的安全防护措施，防止事故发生，达到指导施工和安全生产的目的。收敛监测虽然设备简便且操作起来相对容易，但取得的实际效果却很大，在围岩监测过程中要根据现场实际情况调整监测方法及监测频率，以获得准确的监测数据，特别是在巷道矿岩接触带及进出口地段，由于此地带岩体中节理、裂隙均较发育，对施工具有较大影响，需要尤为注意。

参考文献：

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[2]卢洋龙，苏华友，叶青，等.锚网支护在高应力破碎岩体巷道中的应用研究[J].化工矿物与加工，2013（3）．

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