锚杆支护理论的探讨
第1期 0211 年3月
水
力采 煤与管运输道 YDHAULIRCC OA MINLNGI＆ P PILINEETR ANSPRTATOIN
ONo．
1M ar 20．11
杆支锚理论护的探讨贾云
李学波文( 兴 安
矿煤黑 龙 鹤江岗 15 4120 )
摘
要: 阐 述 了 杆锚 在 实际应 用 中的几 种支 护 理 及 其 应 论用 围范 ， 结 合锚 杆 技 术的 实 应 用际 探讨支，护理的论使 范 围用 其 采及用 锚 杆支 护 技 术 的 越 性 。优 关词 : 键 锚 支杆护
+
理论
松动
文章 圈号编 :1006 － 8089 ( 2101 )10 －008 － 330t / m 3。软 弱 岩层的 重 度 悬， 吊论理 提 出 的较 早，满 足 前 提 条其件 时 有，一的定实用价 值但是。 大量 的 工 程 践 证 实， 明使即道上巷没部有 稳 定的 岩层 ， 杆锚亦 能发 挥 支 护用 。作例 如 ，在 煤全 巷道中， 锚杆就 固在锚层中也煤达能到支护目的，的说 这明 一 论理有一 定的 限 性 。局 1．2 锚 杆 的组 合 梁论理 组合 梁 作 的用本 质 在 于通 过 锚杆 的预 拉 应 力 将 其 视 为叠合梁 的岩层紧，挤增 大 岩 层间的 摩 擦 力。 同时 ，锚 杆本也身供提 定一的 抗 能 力剪， 止 阻 层 其间错 动。锚 杆 把数层 薄 的 岩层 组 成 类 合似 铆钉 加 固 的 组 合，梁顶板 岩层抗 弯 强度 大 提高 大 然。而决 定 组 合其梁 稳 定 性 主 要的 因 素锚杆的是预应拉力、岩 性层 和 质体强 杆度 。而然这一 观 点有 一 定 的 限 局 性， 工在实例程中用 应较少 也没，进有一 步 依的 据资 料。例 ， 如 岩 在 层 施工 ，中 巷沿纵道有裂 缝 时，向存 在的梁续性问连和梁题的抗 强 弯度 的问题 1。．3 锚 杆的 减 理论跨如 果把 不 稳定的 顶 板 岩 看 成 是层支 撑 在 两 的帮叠 合梁，那么 可 视 吊悬 在老顶 上 的锚 杆为 支，点 设安锚了就 杆相 当增 加了 支 点 从 而，减小 了 道 顶 巷板 的跨 度 ，使板岩 顶层 的 曲弯应 力 和挠 降度 低 ，减小 了 顶 岩 板层 形 的变 ，量 维 持 了顶 板稳 定。 就这是 锚 杆 的 减 跨 作 用。 1 4 锚．杆 塑 性弹 支护 论 弹理 性塑 理论 对 锚杆 护 支的作 用 理机 提 了出两 方 的 面 点:观 利①用 锚杆 提 供足 的够支护 抗 力 ， 可 起 以到加固 围 岩的作用， 不 但 可 以 提 高围 岩 的 载承能 力 ，还 可 以减 少围 岩的 变 形量 ，并 且 实用 室验 相似 模 拟 验试证 实 ， 通过锚 杆 固 锚可 围使 岩 的 压 抗 度强峰 值 提 高0 ． 5 ～ 1 倍 ( 相于 无对锚 杆的 条 件下 。 ) 此 据用莫尔 论理抗 剪 强度包 络 线 释解，
图分中 类号 :T35D3． 6
文献 标识码 :
B锚
杆 支 护 是 年近来 在矿山得 到 广泛
应用 发 和展 一的 巷道项支护技 术在 。较 差的 围 岩 条的 件 ，下 提高为支 强护度 和效果而 常 采 通 锚 用杆 辅以 锚索 做加 强支 护 。 特 在别巷 道交 点 、叉 断层带 破、 碎 带和 受 采 动 影响难 以支 护 通常的 锚以 做杆前 探支 护 。 合 兴 结 煤 矿安 的 生 产巷 中 ，道实 ，际 前， 巷道 多 目 采 锚 杆 结 用 合锚 索、 钢筋联网合护支 形式 的 。 锚1 杆支护 作 机 用研理究现 状 前目 提的 出锚 杆支护机 理 论 观 点 很多 ， 有 悬 吊理 论 组、合 理梁论 、围 岩 固 加论 、理组 合 拱 论 及 理围 岩 动 松 圈支护 理论 等。 其 中 能够 提出计设参 的数 只 悬有吊 论理 和 围松岩动 圈 论理，这 种几点观是都围岩以状态利和用锚杆杆 体 受 拉 前为提 来 解 释 锚 杆 护支 的用作机 理 。．1 1 杆 的 悬 吊锚理 在论缓 斜 倾煤 层中 ， 锚杆将下部 稳定不的岩悬吊在 层上部稳定 岩的 层上， 其作 用 是 阻 止 层岩或 岩 块 垮的落。 锚 杆受所的拉 来 自 被 力 悬 吊 的岩 层 重 叠， 的据此并计 锚杆支设参数。护利 用悬吊 理 计论算 锚 杆的 护 参 数支。对 于层 状 岩石 ，锚杆锚固在 稳 定 的岩 层 中 ， 将 接 直 顶 吊悬 在 锚 上，杆 如 图 a1 所示; 对 于 均质 岩 ，石 落冒内岩拱用石杆锚悬吊在 冒 拱 落的 稳 外定 岩 石 ，上如 1 b图 所 示。锚 的 长杆 和度间排距 按可下计式。
算图1
悬
吊 理论 锚杆 计 算 图
可以
围使岩不产 生破 碎带 或者，限说围制的岩弹性变塑 形的 发展， 从而 使围 处岩于 定 的 弹 稳 塑性 态状②。 杆 的锚拉抗应力主用要来支平衡撑碎带破内岩石 重的 。然 而量这两 种 观点 存 着在以 下 两 个问 题 有 说 明 待 :对前 一 观种来讲点，由于现 有支 护 (包括 锚 支杆护) 的 不 时 及 性和 支手段护围与 岩的不 密 贴 度程，决定 了支护力不抗能 有效阻止和限可 围制 岩破 带 的 产 生 和 发;展 后 对一种 观 点 来， 讲杆锚护支的主要对不象破碎带内是石的岩重， 量
而锚
长杆度: L=KH L 1++ L m;2 H为 软 岩弱层 厚 度 (或 落冒拱 中式 L 为:杆的长锚度， ;mK 为 考 虑软弱 岩 层 变 化 的 全 安数 ，系 度)高， 一取般2 ; 1 为 L锚 杆锚 入稳 岩 定层中 的 度 深 ， 般 为 一0 2．5～ 0 ．3 m ; L2 为锚 杆在 巷道 中 外 漏度长 ， 一为般 0． 1 m。 锚 杆的 间 排 距:a ( Q / =HγK) 1
2
/
m Q 为;锚 杆 设 锚计固 力 ，; γ 为t式 :中a 为杆的间锚距，
排83
211 年03 月
水 力 煤采管道运输与 作应工 力 取将 决 于围 松 岩动 圈的 定稳 位
置 。3 3．1 松 圈动 状锚杆 支态护探讨 小松动 圈岩围状态
第期1
是碎带破展发、产 生 过程 的中碎 胀 形 变力。 综 上 所述 虽，然 锚 杆 支 护 历经 长 间时大 量 的 应 用， 但锚杆护支研的究还 不充， 分锚杆 支 参护 数的确 定 仍 然 要采用 程工 类 法比。 ．15 围 岩松动 圈巷道 锚 杆 支 理论护 拟围 岩松动 圈 巷 道 锚 杆支 护 理论， 是于基煤矿生产中大 量的 地 下 程 都 是 在工 围岩 破坏 和发 展 中支护 客 的观 实 际状况 而提出的 。 该 理 论对 围在 状 岩态 进行深 入 研 究后， 现松发动圈的厚度 LP 是值围 岩 力应 与P围 岩强度 R )R。 L 是 一 个P综 合 性指 ，标的 杂函复， 数即L P= f (P， 其 小大应了支护反 难 的 程 易度 而，且量的大相模似实拟验 及现实场测明表 它，与煤矿巷的道度跨 一般 ( ～ 53m )及 有无护支关等不系大 。2 单 体杆锚 用 机 理作在锚杆 围 岩与相 互 作 用 程过 中， 锚通杆过铁螺托丝 围对 岩 提 供 护支抗 力 阻，止 破 裂 石岩 生 有产 害变形 使，围 岩保持 稳 定 并 将 其 形变限 在 定 许允 的 围范 内 在 。单 根锚 杆作 用 ， 每根锚杆因下拉应力受而对围产生岩挤压，在锚 杆 两端周围形 成 一 个 端 圆 两锥形 的 受 压 区， 合理 的锚杆 群使 可 根 毛 单杆形 成 的 压缩 区彼 此 联系起 ， 形成具来 一有厚定的均 度匀压 缩 。带对 拱 形 巷于 ，道 缩压将带在 围破岩带形裂成拱， 矩形巷道将形成形矩结构，形统称 为之 组 拱合 用作机 理。 体 锚 杆 单支 围护岩 受 力 状 态 和 锚杆组 合拱受 力 如图 2 所示 。
当 松动圈 厚度L =P ～04 0 m0 时m为 小 松 动 圈 ． 由 于 在此 类层 中地围 岩 的 碎 胀 变 形和松 动圈 围岩 自 均重 较小 ，围 变 形岩也 较小 ， 实 测 锚 杆 力 应始终 较 小， 明证锚 作用杆 不明 显 。因 此， 此 围类岩巷不道需锚杆用支，护为 防 止围 岩风 化 和 局 部 危石 掉落 ，必 要时行单一喷进射混 土凝支护可即 。3． 2 中动圈围松岩状态 L P = 4当00～ 15 0 0mm 为时 松 中动圈 ， 这类围岩 胀 碎应力 较 显明， 松动 岩 石 量重 较 ， 其 碎 大胀 形变比 明 显较，必 须进 行 锚网或 锚喷 支 护 ， 支 护 主的 体是 杆锚， 锚支杆护 参数 采用 悬吊 理 设计论 需 。 说 明 要的 问:题① 松 动 圈 理论 已赋 予 悬 吊 了理论 的新的 含义 即 ，锚杆 悬 点吊为 松 圈动 的 外岩煤 体， 不 需 要悬并吊在硬的坚 顶 板 层岩 悬吊对，象是动圈形松过成 程中的胀变形碎力 。② 般 可一分 两 种情 况 虑
考: 是一 松 动圈在 4 0 0～ 100 mm0 为较 稳 岩 层 ， 在定这种 条件下 用 悬吊理 论确定 锚 杆参 数 ; 另一 种是 在100 0 15～00 mm的 动 松圈一般稳定为层，岩为 得合理到的锚杆数参 靠，松近圈 动低 限用 悬 吊 理论 ，而 靠近 松 动 圈 高限 用 组 合 理拱 论 算 计。在 实 地际下 工程 存中在 着 两 方 面的 安 不 全因素 : 一 是施工 的 巷道壁 表 面 质 量 问 题 由。于 围 岩 客 观情况的 变化 及前 目 难很达 到 光面爆 破 标准 ，施过 施工 工 理管上的 难 度， 中 不程可 免 避的存 在 着超 ( 欠挖) 等 问 。题 二 是 杆锚施 工 量 问题质。 由 于 围 岩 动松 圈 度 较 厚 ， 小采组用拱理合论 设 时， 计 其 杆锚的 长 均度 小 于 正 锚常 杆 即，1 ．1 ～1 5． ，m 旦某一锚根杆因角 度 、间排距 或锚者固等力问题工质施 不 量 格 合 ，则由于杆较短，锚形 成的组 合 拱太薄 而 导致 组 拱失效合。因， 此 在中松 动 围 岩 圈 状的态 下， 达到为安 、全 济经目的的 ，应该 采 用 悬 吊论理 计设 锚 杆 支护 参 数。
图2
锚
杆 组合 拱理论 计 图算
3． 3
大动圈松围岩态 当 状 PL大 于 501 0mm 时 为 大 松 圈 ， 动软属岩护支范畴
。锚杆应
力来源于岩 围 动松 圈的产 生 和 发展 过 程 。 例如 开，后围巷 岩 产只 生 弹塑性 变 形 没，有 发 破 坏，生 围 则岩松 动 圈 厚 将度 为 零 ， 碎 胀变 形 亦 零。由为 弹于 塑性变 发形 生 在锚 杆安 装 前， 锚之杆的最应力将大是安只应 力， 考装 虑这 到 一 应 力往很 往小， 可 认 为锚 杆在 种这 岩 状围 态下 不 起用 作 。所 以， 在种围岩状态此下 ，必要不用锚 采支杆。 护果如巷后开产 生 松 动圈，锚杆 因碎胀将形变使道 巷围边界间岩距的加离大 从 而，使 杆锚 应的 力 大增， 当 围岩 锚杆的 应 力 到 最达大 ， 此时， 松动圈达 松 到动 圈 边 界 ，时 如 果 围岩松动 圈 厚 度大 于锚 的 长 杆度 ， 巷道则岩围边 之界间围岩将会的受压到缩，锚 杆的 应 力将 会 减小 。然后 ，松动待圈厚稳 度 后定 ，巷围岩边界间的距道无离扩大的趋势 ，这 时 杆锚应 力 将 持 不维变 由 此 。 以 看 出 ， 可杆的
锚围
变岩 量 大形， 变 形 时 长， 间 压 显 矿现 剧 烈 支， 护 困难 如果采用悬吊。 论 理设计 锚 杆 则将，因其过会长而失去 普遍应用的 价 值 ， 因此 ， 将 重点 研究 组 合 拱 理 。 论 组合 拱理 论 的质 实就是 利 用 锚 杆的锚 固 力 破对 围 裂岩进 行 锚 固 ， 提高 其 残余 强 度 ，从 而破在围裂中岩形成一个有具
相当 度 和 可强塑 性的 组合 机 拱 体构。 4 锚固应体力图 3示为所锚固体应力变 曲 形。线图3 中 第一 个 峰是围岩破裂前 线 的曲 线 ，二个峰第是破线裂锚固体后应 力应曲线变当 应。力 达 到 值 极 产 生后 明 的 变显 ，形但 是 其载承力基 本能不 变。 根 据 地压显 现 律 规可 知 ，于地对 压大较的地层， 采用 缩可性支 护 ，经 过 释 放应 力 是 支 护
成84
第1
期 0211 年 月3
水
力采与煤管道输运 HDYRUAIL COAC MILNNIG＆ PIPE INLET RNASPOTATIRN
ONo．
1 M r．a 2101
唐
山矿 T 1492 综 工 作 放面 两顺 槽 压 力 显 现特征 及 控
王制明 强(
唐山 开 滦业矿分司公河 北 唐山 630000)
摘要 通 过 :在唐山 矿 1 T92 4作工面 两 顺 槽 行的进观 ，测重 点 围 绕 风道 压的 力明 显 显 现 ， 过通分析 其 所 受影 响 及巷道 围 岩 的 变 形 律规 ， 采 了 有取效 地制控维 护措施 及 ，确保了 综放 工作 面 安 的生全 产。 关词 :键采动 影响 压 力
特征
+控制 文 章编:号 106 － 08089( 0121) 01 － 00 85－ 20 9层合区， 铁一煤 区 ，为8 、 工面作高标 －63 ． 7m2 ～ －87 ．51 m ， 工 作面 倾斜长 度 713． 0 m 可采走向长度 1，932m ， 采高3 0．m ± 0 ．1 m 。 煤 层 最大 角 2倾7 °， 最 倾小 角 7， ° 均平 倾 17角° 煤 。 最 层 大 度厚1 ． 5 m1 最小，厚度9 0 m．， 平厚 均 1度0． 0 m。 该 煤 层 复为合 结 构 煤层， 绝大 煤层 赋存 定稳 中，间有2 ～ 3 层 夹分部为 8 ～9 层 煤合 区 ， 石， 石厚夹0 2．～ ． 09m， 夹 石层 不 连续，岩性 为黑多炭色 泥质岩 ，对 煤 层有 一 影定 。响 老顶 为 灰 黑 色 砂质 泥 岩 ，厚 5度 ．0～ 10 0． ， m属于Ⅱ老级顶 ， 周期 来压 步距 1 2m; 直接顶 为 浅 灰 色 砂岩 、 泥岩、粉 砂 岩 互层， 厚 度 为4 ． 5， m砂泥 成分，节 裂理 隙发 育， 含云 母 碎 屑 及 物 残植体 化 石， 间中含 1 层 0 ． m2小煤 ， 水 平层 线，理 属于类Ⅱ直接顶 初，垮 次落 距步 71～ 9 1m ;伪 顶 为 灰 深色泥 ，岩 厚 0 度． ～ 05 ． m，8 质泥成易分落，冒 方 上 有 1 层 0 ．2 左右m 的小 煤 线 。 直 接 为深灰色底泥， 含大岩量 物植根 化，石 厚 度 1． 5 ; m 老 为 深底 灰色 砂 质 泥岩 ， 厚 4 度 0 ．， m 质泥成 分， 含 植 物 化石， 下部含菱铁结核， 水质平 层理 。 1 ． 3风道巷支护道T 1 92 4 作面工 风上道 支 护 形 式 拱 为形支 支架 护和
中图分锚类 :号 T32D 2．1
0文
献 识码 :标 B
前言
巷 道 煤是矿生 产中 的 命 脉 ， 巷道 的 定 是稳 证 保矿安煤
全
产 的 生关键。 综 放 工 作 面 两
顺 槽因 压力变 甚 形至 坏，破不只 是影响 工 到 作面的 正 常 通 、 风 运，输还影响到 工面作与 顺两槽交 接 处的 腮角 应力 集中 区 的 煤 体 稳定 。 因此要 掌 握 综放工 作 面两 顺 槽的 围 巷 道 的岩 变 规 律形 ， 并采 取有 效方 法及 措施 进 行 控 制 、维护 。1 1． 1 工作 面 概 况地 质条 件唐山矿业公 司是 座一 有具120 年 开 多采 历史 的老 矿井 ，也 是 年原产 煤 004万 t 的 特 大 型矿 井 ，于由生接产 替等原 ，因 出常现 在煤 柱 开采下 现 象 。 的T 14 2 9放综工 作面 产 年02 0 万t， 属 于煤 柱 下采 ， 由开 于 动采 响， 影柱煤残内存着 较的 应大力， 给 煤 炭 的 开采 带 一 来 定 困 难的。特 别 煤是柱 内 的 煤 全 巷道 ，于由 压 作 用矿 ，常出现经支体护 压被坏 而 不能 正 常 用使， 迫 进被行 套 修的 现 象，严 影重响正 常的安全 和 生产 。 1． 2 层煤概况T 491 综放2工 面作位 于开滦 唐 山 矿 业 分 司公13 平 水的功键关
。
5 结语通 过 研究 践实， 目 前 该理论 已达 到 用理论 方 确 定巷法 、道硐 支室护参阶数。段经过 兴 煤 矿安实 际 用应表 明 采 用:锚 杆为主体 的 支 形护式 ， 技在术 上可 行 、安可靠并全且 济经效 益 明 显 与，用 采U型棚支护相 比每米节省可近千 元， 比采用 架棚 护支减 少 道巷 掘 进面积 5 1%左 右。 用 该论理设计 的巷 道、 硐支护，室 解决既工了程施工的上题难又 降 低 了 程 造工价 ， 还可 以加 快工 程 的施 工速 度用 该 方法。所 作 的 支 设护 与 计 程工 类比 法 所 作支 护设计 相 比 ， 图3 锚固体 应 力 变 形 曲 线图 在 稳定围中，岩 可节省 工 程 成 本1 0% ～20 % ;在不 稳 定 围 (岩软 ) 中，岩 可降低 支 护成 本 2 5% ～30 % 以 上 ， 施 工速 图 由3 知， 围可岩 弹 塑 性 扩及 变 容 是原 岩 应 力形作用 结 的， 只能果顺其释放 其应 ， 力 而 然碎 胀 变 则形 不。然 可 弹在塑性 变形 的前 提 下， 适当高提护阻力支能制限围 岩破裂缝碎的过度 扩张， 而达到有效从控围制岩碎变形胀的目的。 以所松 动 圈 支 护 论理认 为， 支的护用是限作 制围岩 动 圈 松形成 过 中程 碎 胀所 造力成 有 害 碎 胀 的变 。形 作者 介 简:
9901年 贾 云 波 (1946－ )， ， 男 龙 黑 江省鹤 岗 市，人工 程 师 ， 业 于 毕 鹤岗矿 务 局 学 院 工采矿 专 业 现任，黑龙龙煤江矿集团业 鹤 岗分公司 掘 进 二 区
区 长。 收稿 日 : 期0102 －60 － 8
2 提度 高3 0%～ 6 %0 。因 此 ，取得 巨 的 经 大 济 效 益
。8
5