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摘要：随着我国经济的不断发展，能源需求越来越旺盛，对于煤炭的需求也是不断增加，由此，则带动着对于煤矿相关技术的大发展，而煤矿井下巷道锚杆支护技术就是其中较为重要的一项技术。本文从煤矿井下巷道锚杆支护的理论入手，简要描述煤矿井下巷道锚杆支护理论，为煤矿安全生产提供理论支持。
关键词：煤矿井下巷道；锚杆支护
对于我国各地的煤矿而言，其主要是采取的井工开采，大多数而言的生产环境较为复杂。在我国的特厚煤层煤炭资源开采工作中，工作人员通常都会在煤层底板部位掘进一条巷道，以促进特厚煤层煤炭资源的顺利开采，而这些巷道的围岩则可能因为其松软破碎的岩质，而导致离层问题的出现，从而对煤炭资源的生产造成了极大的阻碍。此外，随着煤矿开采强度不断增加，开采技术出现巨大进步，巷道布置发展方向出现转变为：岩巷向煤巷发展、巷道拱形断面向矩形断面发展、岩石顶板煤巷向煤层顶板巷道和全煤巷道发展、巷道从小断面向大断面发展、巷道埋深从浅部向深部发展、单巷布置向多巷发展、简单地质条件巷道向复杂地质条件发展等。
一、锚杆支护理论
对于传统的锚杆支护，其理论上有诸如组合梁、悬吊、加固拱等，它们在实际的生产生活中都发挥着巨大的作用，但是，其也有着不小的局限性。在井下实测、数值计算等基础上，针对复杂困难巷道条件，提出高预应力、强力支护理论，要点是：巷道围岩变形主要包括两部分：一是结构面离层、滑动、裂隙张开及新裂纹产生等扩容变形，属于不连续变形；二是围岩的弹性变形、峰值强度之前的塑性变形、锚固区整体变形，属于连续变形。由于结构面的强度一般比较低，因此开巷以后，不连续变形先于连续变形。合理的巷道支护型式是大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度，有效控制围岩不连续变形，保持围岩的完整性，同时支护系统应具有足够的延伸率，允许巷道围岩有较大的连续变形，使高应力得以释放。与传统的“先柔后刚、先让后抗”的支护理念相比，深部及复杂困难巷道支护应该是“先刚后柔、先抗后让”，最大限度地保持围岩完整性，尽量减少围岩强度的降低。对于预应力锚杆支护，它发挥的主要功效在于控制锚固区围岩滑动、离层、产生新裂纹、裂隙张开等，从而达到让围岩受压的状态，更好的抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏，让围岩成为承载主体。锚固区内形成刚度较大的预应力承载结构，阻止锚固区外岩层产生离层，同时改善围岩深部的应力分布状态。锚杆预应力及其扩散对支护效果起着决定性作用。根据巷道条件确定合理的预应力，并使预应力实现有效扩散是支护设计的关键。单根锚杆预应力的作用范围是很有限的，必须通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到离锚杆更远的围岩中。特别是对于巷道表面，即使施加很小的支护力，也会明显抑制围岩的变形与破坏，保持顶板的完整。锚杆托板、钢带与金属网等护表构件在预应力支护系统中发挥极其重要的作用。
对于预应力锚杆支护系统而言，其也是有着临界支护刚度，纵然锚固区不会有明显的离层和拉应力区所需支护提供刚度。如果支护刚度在临界支护刚度以下，则围岩将会长期在变形与不稳定的形态下；相反，支护系统刚度如果达到或超过临界支护刚度，围岩变形得到有效抑制，巷道处于长期稳定状态。支护刚度的关键影响因素是锚杆预应力，因此，存在锚杆临界预应力值。当锚杆预应力达到一定数值后，可以有效控制围岩变形与离层，而且锚杆受力变化不大。锚杆支护对巷道围岩石的弹性变形、峰值强度之前的塑性变形、锚固区整体变形等连续变形控制作用不明显，要求支护系统应具有足够的延伸率，使围岩的连续变形得以释放。对于深部及复杂困难巷道，应采用高预应力、强力锚杆组合支护，应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道维修。
二、锚杆支护设计方法
1、动态信息设计法
我们依照煤矿巷道自身的特点，参考国外的先进技术，提出锚杆支护动态信息设计。此种方法有两大特点：设计是动态过程而非一次完成；设计充分用好每个信息，实时做好信息的收集、分析与反馈。此种设计可以分为五部分：巷道围岩地质力学评估、初始设计、井下监测、信息反馈与修正设计。我们围绕着岩地质力学评估包括围岩结构、围岩强度、地应力、井下环境评价及锚固性能测试等内容，为初始设计提供可靠的基础参数；初始设计以数值计算方法为主，结合已有经验和实测数据确定出比较合理的初始设计，目前应用效果比较好的数值计算程序为有限差分软件FLAC和离散单元法软件UDEC；将初始设计实施于井下，进行详细的围岩位移和锚杆受力监测；根据监测结果判断初始设计的合理性，必要时修正初始设计。正常施工后应进行日常监测，保证巷道安全。
2、描杆支护形式和参数选择原则
对于不少井下巷道，其生产条件和地质条件都较为复杂，为此，为了能够更为有效地发挥锚杆支护功效，我们需要遵循以下原则：一次支护。对于锚杆支护，其需要尽可能的在第一次支护时就可以有效的控制住围岩的变形，以免出现二次（多次）支护或者是巷道维修。同时，其还能够更好地实现矿井高效、安全生产。而对于回采巷道，加快推进采煤工作面，服务于回采顺槽需要在使用期内稳定；对于大巷和俐室等永久工程，更需要保持长期稳定，不能经常维修。另一方面，这是锚杆支护本身的作用原理决定的。巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳，而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆，支护效果会受到显著影响；高预应力和预应力扩散原则。预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性；“三高一低”原则。即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。在提高锚杆强度、刚度，保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度；临界支护强度与刚度原则。锚杆支护系统存在临界支护强度与刚度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。因此，设计锚杆支护系统的强度与刚度应大于临界值；相互匹配原则。锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用；可操作性原则。提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高；在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。
三、结论
加强煤矿井下巷道锚杆支护技术的研究，对其功能的发挥和使用寿命的长短有着重要的影响。锚杆支护技术不仅保证煤矿井下巷道自身技术合理与安全，还减少了对施工周边环境的影响。施工过程中，一定要加强质量控制，做好监督与检测工作，同时，加强煤矿井下巷道理论研究，改进施工工艺与施工方法，发展施工监测技术，将是提高煤矿井下巷道施工水平的核心与关键。
参考文献
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