深部巷道锚杆支护技术
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【摘要】随着社会的不断的前进和发展，巷道已经是我们工业发展的重要的组成部分，对于深部巷道技术的研究会使我们的地下工程得到更加广阔的发展空间。本文针对深部巷道锚杆支护技术进行了深入分析。
【关键词】巷道支护，锚杆支护 ，深部巷道
中图分类号：U455文献标识码： A
一、前言
对于巷道技术的发展和锚杆支护技术的研究，会给我们带来很多的实惠和方便。本文将从对深部巷道锚杆支护技术理论应用和实践应用两个大方面进行阐述和探讨。
二、深部巷道锚杆支护技术
深部巷道开挖岩体，岩体处在高温、高应力、高水压的复杂环境下，深井围岩的地质力学环境有很大变化，所以深部巷道围岩有其特有的力学特征。首先是围岩的区域破裂化现象；浅部围岩应力状态通常可分为塑性区和松动区以及弹性区，但这并不适合于深部巷道。研究发现深部巷道围岩周围产生膨胀带和压缩带，也称之为破裂区和未破坏区，交替出现的情形，而且宽度的变化也是按等比数列递增，这种现象被称为区域破裂现象。第二、围岩的大变形特性和强流变特性在进入深部后岩体变形具有两种完全不同的趋势，第一种是岩体持续的强流变特性，不仅仅是变形量大，同时伴随明显的时间效应。；第二种是岩体没有发生明显变形，但是破碎严重，处于破裂状态，如果按传统的岩体失稳的概念，这种岩体已不再具有承载特性。但实际上，依然具备承载及再次稳定的特性。第三种是深部岩体在高围压作用下发生岩性转化，由脆性转化为延性。
支护措施对动静载的力学响应特性决定了该支护系统所能完成的功能，深井硬岩巷道支护方法的选择是基于刚性、承载能力和变形或能量消散能力，以及估算的岩体破坏特性和严重程度，它要求所采用支护方法，在受到高应力作用之后，能够保证围岩的稳定，或者加固功能转化为悬吊功能，从而继续保证围岩的稳定性。
所以，高应力岩层的支护控制方案，第一支护结构必须具有良好的延展性，也就是说支护系统没有让压和屈服性质，就不可避免发生破坏。所以必须保持支护系统稳定，要求支护系统在失稳后，发生瞬间先屈服变形，同时保持一定的抵抗力，在允许最大变形前耗尽释放的动能。第二，深井巷道的失稳也是岩体破坏具体表现，静态失稳条件下常规支护系统应具备的功能。第三，支护设备还应具有以下特点：
1.支护设备具有较高的承载能力，即支护体系的屈服强度较大，远超过静态平衡所需要的强度。
2.支护设计对巷道的表面覆盖率增高，深井巷道失稳区域不容易确定。
3.支护系统破坏前允许的岩体位移比较大，因而吸收岩石释放的动能大"在深部巷道失稳破坏条件下，设计合适的支护结构或系统时，要求在巷道出现破坏之前，必须通过支护加固来提高掩体强度，需要保证岩体的完整性，使岩体和支护共同形成一个连续体，进一步提高这种加固系统迅速吸收微震能。
三、基于地质力学条件确定锚杆支护方案
1.基于三维数值模拟计算确定支护方案
三维计算模型的长、宽、高分别设置为120米、100米和100米。模型共划分89960个六面体单元，生成网格节点95530个。
方案一：巷道顶板中部的下沉量最大，最大下沉量能达到70mm，往顶板深部下沉量逐渐减小，巷道两帮从上到下下沉量逐渐减少，巷道两帮的最大位移量18mm；而在两巷道底板中部均发生底鼓，位移量为26mm；水平位移均集中在两巷的上帮，往围岩深部水平位移逐渐减少，到上帮围岩深部5m处水平位移只有5.5mm。
方案二：巷道顶板中部的下沉量最大，最大下沉量能达到55mm，往顶板深部下沉量逐渐减小，巷道两帮从上到下下沉量逐渐减少，巷道两帮的最大位移量13mm；而在两巷道底板中部均发生底鼓，位移量为20mm；水平位移均集中在两巷的上帮，往围岩深部水平位移逐渐减少，到上帮围岩深部3.5m处水平位移只有4mm。
方案三：巷道开挖并达到掘进稳定期后，巷道顶板中部的下沉量最大，最大下沉量为20mm，往顶板深部下沉量逐渐减小，巷道两帮从上到下下沉量逐渐减少，巷道两帮的最大位移量10mm；而在两巷道底板中部均发生底鼓，位移量为15mm；水平位移均集中在两巷的上帮，往围岩深部水平位移逐渐减少，到上帮围岩深部3m处水平位移只有2.5mm。
方案四：巷道开挖并达到掘进稳定期后，巷道顶板中部的下沉量最大，最大下沉量为14mm，往顶板深部下沉量逐渐减小，巷道两帮从上到下下沉量逐渐减少，巷道两帮的最大位移量8mm；而在两巷道底板中部均发生底鼓，位移量为12mm；水平位移均集中在两巷的上帮，往围岩深部水平位移逐渐减少，到上帮围岩深部2m处水平位移只有2mm。
对比以上的模拟结果可以看出：方案一和方案二巷道垂直和水平位移量较大，不能满足巷道支护的要求，故不予采纳。虽然方案四巷道垂直和水平位移量比方案三小，但二者相差不大，综合考虑巷道掘进速度和经济因素，决定选择方案三。
四、不同的锚杆支护方法
1.松软围岩巷道锚注加固
锚杆支护是通过锚入围岩内部的锚杆，改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而有稳定的岩石带，加固围岩，保持围岩的完整性和稳定性，控制围岩变形、移动和裂隙的发展，充分发挥围岩自身的支承作用，主动支护，有效改善矿井的支护状况，具有施工简单方便、效率高、成本底、速度快、支护效果好等特点，已经普遍推广应用。不但在岩石巷道普遍应用，而且在煤层巷道也在逐步推广应用。
在松软围岩内布置巷道，围岩变形大，稳定性差，维护困难，费用高，而且严重影响矿井的安全正常生产。传统的锚杆支护已不适应高应力、大变形松软围岩巷道，锚注加固是一种理想的改善软弱围岩承载性能的措施。锚注加固巷道围岩是利用空心锚杆作注浆孔管（简称注浆锚杆），注浆锚杆前段是带若干射浆孔的注浆段，后段是锚固段。松动和裂隙发育的围岩经过锚杆注浆加固后，围岩强度等力学性能得到提高和改善，使破裂结构的围岩胶结形成拱形连续体加固圈，同时注浆锚杆起到悬吊、挤压、楔固、主合拱等作用，防止围岩松动范围进一步扩展，从而使巷道围岩长期处于稳定状态。
2.复合顶煤巷锚带网加锚索联合支护
复合顶板支护的难度在于软夹层（煤线、泥质）地质面的存在，导致上、下层面间、的结合力低，普通锚杆的锚固范围有限、承载能力也受限制，而且软弱夹层本身的松动膨胀也会对下位岩石形成较大的垂直载荷，挤压下位岩层，容易导致顶板跨落。在这类顶板的煤层内掘进巷道，必须采取补强措施，保证安全生产。“锚杆、钢带金属网”可以发挥挤压加固作用，促使锚固范围内的岩石形成一定荷载的整体结构，维护锚杆长度范围的顶板，保持其整体性，阻止上部围松动与变形，锚索则锚固在上部稳定的岩体上，由锚索来承担跨落范围之间内的岩层所受的垂直载荷，防止顶板离层。锚索长度一般进入稳定岩层lm、间距2m。
3.综合顺槽采用锚杆锚索联合支护
综放工作面两侧顺槽特定的围岩条件，其顶板抗压强度低，受压后易冒落。顶煤受到地应力（上覆岩层的自重应力，地质构造应力和采动引起的集中应力等）的影响时，容易离层，所以，在锚杆支护基础上，加支一排锚索，使煤体加固带悬吊于顶板岩石，防止离层冒落。
4.综放面未采锚网支护
综放工作面设施尺寸大、吨位重，拆除工艺复杂，要求的拆除空间较大，对支护要较高。综放末采时可以用锚网支护工艺。首先在停采后的工作面煤壁上按照间距1.5m左右、垂直煤壁施工两排长度为1.8m左右、?18mm的锚杆；然后在煤壁与顶板肩窝处按照与水平呈45°夹角、间距1.5m左右的要求施工一排长度为2.5m左右、?20mm的锚杆；再在距工作面煤壁1.0m左右、垂直煤壁施工一排长度为2.5m左右、?20mm的锚杆。
用锚网支护代替架棚支护，作为综放面末采支护技术可行、经济合理、安全可靠、便于快速施工、缩短末采时间。
在具体的生产实际中应因地制宜合理地选择锚杆支护形式和结构，达到安全可靠、经济合理、技术可行、效率和效益较高。
五、结束语
以上是对巷道技术的详细分析。我们只有实实在在的做好各项巷道技术的深部研究，才能为深部的巷道技术发展作出贡献；只有不断的提供新的理论指导，才能促进其不断的发展。
参考文献：
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[3]张志野. 三家子煤矿巷道锚杆支护应力、位移数值模拟分析. 辽宁工程技术大学，2012年3月，第三期，45―48页.
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