安偉軍

（晉能控股煤業(yè)集團四臺礦， 山西 大同 037003）

引言

錨桿通過地層的錨固力來維護巷道圍巖的穩(wěn)定，因此，錨桿支護具有支護造價低、支護效果好且對圍巖擾動小等優(yōu)點[1]，因而，相對應的錨桿支護理論有懸吊理論、組合梁理論、加固拱理論、松動圈理論、最大水平應力理論以及圍巖強度強化理論等。

錨桿作為煤礦常用的支護技術手段，為充分發(fā)揮好錨桿的支護效果，通常在進行巷道支護前，錨桿設計要遵循以下幾個原則：一是要求巷道一次支護成巷，一次成巷支護不僅能很好地維護圍巖的穩(wěn)定性，還可實現煤礦生產的安全高效；二是要求做到“三高一低”原則，保證采用的錨桿強度高、剛度高及可靠性高，且支護密度低，不僅可降低單位面積的錨桿支護數量，還可以提高煤炭的開采掘進速度[2]；三是要求錨桿支護體系設計的強度、剛度要比臨界值大；四是要求錨桿與配件相互匹配的設計理念，如配套錨桿的螺母、托板以及鋼帶要與力學性能相互耦合，能夠將錨桿支護體系的聯合支護作用發(fā)揮出來；五是要便于取材，設計的錨桿支護方案在實踐中要具有可操作性；六是要保證錨桿支護設計的經濟合理，巷道支護成本低[3]。因此，為驗證所采用的錨桿支護效果，本文主要分析當安設錨桿支護后，監(jiān)測巷道圍巖的變形情況，進而確定錨桿支護方案的可行性。

1 巷道錨桿支護作用機理的分析

目前，錨桿已在煤礦支護中占主導作用，當巷道安裝錨桿后，錨桿會同時受到軸向和徑向錨固力作用，錨桿會對其斜交的裂隙或層面進行錯動控制，因此，當錨桿與剪切面成銳角夾角時，隨剪切錯動，桿體被拉伸，此時，錨桿支護效果最佳；若錨桿與剪切面成鈍角夾角時，即向反方向傾斜時，隨發(fā)生剪切錯動，錨桿被壓縮，此時，錨桿支護效果變差。通過研究表明，錨桿是借助對沿巷道圍巖破裂面等軟弱面的剪切錯動產生的阻力來實現錨桿對巷道頂板的支護作用。當錨桿軸向約束以及剪切錯動面上原有的正壓力都很大時，錨桿抑制剪切錯動作用不明顯，反之正壓力很低時，錨桿的約束作用就比較顯著。

2 巷道回采中錨桿支護方案的設計

本文以某礦為對象，設計錨桿支護方案如下：對于頂部錨桿，采用規(guī)格是Φ20 mm×3100 mm 的左旋高強度螺紋鋼錨桿，間排距是900 mm、900 mm，每排設置7 根錨桿，并垂直安設于頂板，此外，頂板還選用M2370、K2360 的樹脂藥卷對其進行加長錨固，鉆孔直徑規(guī)格是30 mm，并加以規(guī)格是5000 mm、2804 mm 的W 鋼帶進行護頂。對于幫部錨桿，采用規(guī)格是2500 mm 的左旋高強度螺紋鋼錨桿，間排距是900 mm、800 mm，兩側幫部分別各設置4 根錨桿，同樣垂直于煤幫鋪設，此外，兩側幫部也同樣選用Z2360 和K2360 的樹脂藥卷對其進行加長錨固，鉆孔直徑同于頂板，選取規(guī)格是450 mm×2805 mm 的W 鋼帶進行護幫。

當確定錨桿支護方案后，為獲得具體的錨桿支護效果，本文對支護后的巷道效果進行現場測驗，同時，結合巷道實際，對巷道進行監(jiān)測布置，沿開采作業(yè)面前進方向設置三個監(jiān)測斷面，具體是：巷道圍巖表面位移和幫部深部位移沿掘進方向-15 m、60 m 和120 m分別設置1 號、2 號和3 號監(jiān)測斷面，便于分析巷道表面及深部位移的變化情況，

3 對巷道圍巖表面位移監(jiān)測結果與分析

從錨桿支護結束后開始起算，分別對1 號、2 號和3 號三個斷面連續(xù)監(jiān)測45 d，得到下頁圖1 所示的兩側幫部表面位移變化情況。

從下頁圖1 可以看出，隨著監(jiān)測天數的增加，巷道兩側幫部的移近量逐漸增大，隨后又逐漸趨于平緩，且最大位移值為80 mm。

圖1 巷道兩側幫部表面位移隨監(jiān)測天數的變化曲線

同樣，對1 號、2 號和3 號三個斷面連續(xù)監(jiān)測45 d，得到下頁圖2 所示的頂底板表面位移變化情況。

圖2 巷道頂底板表面位移隨監(jiān)測天數的變化曲線

從下頁圖2 可看出，隨著監(jiān)測天數的增加，巷道頂底板位移呈現出相同的變化曲線，且最大位移值是70 mm，對比圖1 幫部最大位移相差10 mm。此外，對比圖1 和圖2 還可知，對于1 號斷面，第1 天就出現了相對位移量；對于2 號斷面，第10 天產生相對位移量；對于3 號斷面，第16 天產生相對位移量，且每個斷面產生位移量峰值及產生位移量峰值的時間也都不同。

同理，從錨桿支護結束后開始算起，分別對1 號斷面連續(xù)監(jiān)測45 d，得到圖3 所示的兩側幫部深部位移變化情況。

圖3 1 號斷面深部位移隨監(jiān)測天數的變化曲線

從圖3 可以看出，隨著監(jiān)測天數的增加，1 號斷面巷道兩側幫部位移先增大，隨后逐漸趨于平緩，且不同的監(jiān)測深度，對應的位移最大值也不同。

采用同樣的監(jiān)測手段分析2 號斷面位移變化情況，得到圖4 所示的變化曲線。從圖4 可以看出，隨著監(jiān)測天數的增加，巷道幫部位移呈現與1 號斷面相同的變化規(guī)律。

圖4 2 號斷面深部位移隨監(jiān)測天數的變化曲線

對比圖3 和圖4 可知，2 號斷面幫部位移量隨著監(jiān)測位置的深度越深而增大。當監(jiān)測深度是1 m 時，1號和2 號斷面的平均最大位移量為17 mm；當監(jiān)測深度是2 m 時，兩個斷面的平均最大位移值為25 mm；當監(jiān)測深度是3 m 時，平均最大位移值為32 mm；當監(jiān)測深度是4 m 時，平均最大位移值為35 mm；當監(jiān)測深度是5 m 時，平均最大位移值為40 mm。上述結果表明，在該錨桿方案支護下，幫部的位移量較小，錨桿支護效果好。

4 結論

1）隨著監(jiān)測天數的增加，巷道圍巖表面位移量逐漸增大，隨后又逐漸趨于平緩。

2）隨著監(jiān)測天數的增加，巷道兩側幫部深部位移量先增大，隨后逐漸趨于平緩。

3）該錨桿支護下兩側幫部位移量較小，說明錨桿支護效果好，該支護方案具有很強的可行性。