煤矿掘进巷道锚杆支护设计及支护效果分析

煤矿掘进巷道锚杆支护设计及支护效果分析

梁瑜康

山西兰花集团伯方煤矿，山西省晋城市高平市048400

摘要：锚杆支护是使用高强度的锚索对开采的围岩区域进行注浆加固，控制开采区域的形变量，降低岩体破碎和脱落风险。锚杆支护能形成一个防护支架，保障机械设备和施工人员的安全，促进煤矿掘进有序地进行。本文在进行研究分析时，以相关的煤矿开采项目为例，阐述了锚杆支护设计中的设计支护技术要点，以及顶板锚杆支护参数与两帮锚杆支护参数，并针对锚杆支护的效果进行了分析评估，说明了锚杆支护对巷道稳定性产生的客观影响。

关键词：煤矿掘进；巷道；锚杆支护设计；支护效果

1煤矿掘进巷道锚杆支护技术概述

在实施该技术的过程中，可以以螺丝钢铁为主要材质，保证支撑力。在开展技术施工前，施工人员应根据地下环境的具体情况，选择不同类型的锚棒。如果周围岩石稳定，可以选择直径较小的锚带。如果周围岩石不稳定，可以选择直径较大的锚棒。如果施工区域内的煤矿比较柔软，则选择较长的锚带施工。但是，该技术后期的维护保修和检修工作比较麻烦，在具体应用过程中，事故无法预断，地形条件非常复杂的坑道存在较多的安全风险。另外，在实施这项技术时，对设计人员和施工人员的技能水平要求很高，只有结合工程的实际需要，设计出合理的施工设计图，才能保证施工人员的顺利施工，充分发挥锚带的支撑作用。

2煤矿掘进巷道锚杆支护设计及锚杆支护效果分析

2.1工程概况

以某煤矿企业8329和8319工作面为研究对象，两个工作面分别位于2323顺槽的北部和南部。在2323顺槽的东部与西部，是没有开拓的实体煤，意味着在顺槽的东侧和西侧，仍然有大量的煤炭资源尚未被开采出来。未开拓的实体煤为煤矿的未来生产提供了巨大的潜力。针对此次工程设计的巷道长度是615米，巷道长度是指从掘进开始到掘进结束的直线长度。在巷道的掘进过程中，使用了一种名为EBZ-260B的掘进机。

在临时支护时，工程采用丝杠前探梁，前探梁可以提供临时的支撑，以防止顶板在掘进过程中发生冒落，从而保障作业安全。永久支护则采用锚杆支护的方式，其断面设计为矩形，宽4.5米，高2.8米。断面设计考虑了通风、运输以及作业空间的需求。同时，为了满足特定的工程需求，巷道的宽度被扩大到了5.5米。

2.2监测方案

在煤矿巷道的施工中，监测是非常重要的一环。通过监测可有效地了解巷道的稳定性和安全性，预防潜在的风险和问题。在监测巷道的过程中，主要关注的是锚杆的受力情况和巷道表面的位移。为了有效地监测，通常会采用十字测点的方法进行布置。该方法是将测点布置在巷道的各个断面的两帮、底板、顶板中。全面地监测巷道的位移情况，包括两帮的变形、底板的鼓起和顶板的下沉。

除了监测巷道表面的位移，锚杆的受力情况也是需要密切关注的内容。为了准确地监测锚杆的受力情况，通常会在两帮和巷道顶板上布置锚杆测力计。在一个断面上，通常会设置3个锚杆测力计，以便全面了解锚杆的受力状况。一般情况下，锚杆测力计被安装在托盘和金属垫片之间，通过拧紧阻尼螺母来施加预应力到锚杆中。然后使用锚杆测力计来监测锚杆的锚固力，记录相关数据。通过对数据的比较和分析，可以有效地了解锚杆受力的情况和任何可能发生的改变。

通过上述相关的监测方法，可以全面地了解煤矿巷道的稳定性和安全性。任何潜在的问题和风险，均可以通过数据分析得到及时的发现和预警，为煤矿的安全生产提供了有力的保障。在现实锚杆支护监测时，除了上述提到的监测方法，还可以采用其他一些技术手段，提高监测的准确性和可靠性。如可以采用多个测点布置的方式，增加监测数据的冗余度，减小因个别测点故障导致监测数据不准确的风险。此外可以采用自动化监测系统，通过传感器和数据采集设备实现实时监测和数据传输，减少人工干预和操作失误的可能性。

在数据分析方面，则采用专业的软件工具进行数据处理和分析，运用有限元分析软件，对巷道表面位移和锚杆受力进行模拟和分析，以更好地理解变形和受力情况。同时应用统计方法对监测数据进行处理和分析，以发现规律和趋势，为煤矿安全生产提供决策支持。为全面提升监测工作的质量，需要注意以下几点。为了确保监测数据的准确性和可靠性，需要在相同的条件下进行多次监测，并对数据进行比较和分析；监测数据需要及时获取和分析，便于及时发现潜在问题并采取相应的措施；监测数据需要全面覆盖整个巷道和所有相关的工程部位，助力工作人员全面了解煤矿巷道的稳定性和安全性；将监测结果以图表、图像等形式进行可视化展示，进而更直观地了解巷道的变形和受力情况。

2.3巷道表面位移监测的结果

在对监测断面进行选择时，需要选择代表强较强的区域，因为巷道的变形受到多种因素的影响，如围岩性质、支护结构类型、地质构造等。代表性强的监测断面可以更好地反映相关因素对巷道变形的影响，从而更准确地监测巷道的位移和变形情况。在布置测点时需要确定测点的数量和位置，数量上要足够多，以便全面监测巷道的位移情况，位置上要选择具有代表性的地方，如围岩松软、支护结构薄弱等地方。其次需要考虑测点的安装方法，要确保测点能够牢固地固定在巷道表面，并能够准确地反映巷道的位移情况。与此同时应当定期检查测点的完好性和准确性，及时进行维修和更换。

在监测过程中突出以下监测重点，第一定期收集监测数据，并及时进行整理和分析。第二对监测数据进行比较和分析，以了解巷道变形的规律和趋势。第三对监测结果进行评估和解释，以便更好地了解巷道的稳定性和安全性。通过对监测数据的分析，可以将巷道表面位移的变形划分为三个阶段，分别是变形速度较快的阶段、变形逐渐稳定阶段和变形基本稳定的阶段。

在变形速度较快的阶段，监测的初期会有比较大的变形量发生在围岩中，有比较快的变形速率，因为在开挖之后，就会有应力从围岩中释放出来，就会有位移发生在巷道中，且位移比较大，就会有比较严重的变形。在这个阶段需要加强对围岩的支护和加固，以减缓变形的程度。在变形逐渐稳定阶段，巷道表面位移所发生的变形量下降得比较明显。主要是因为围岩在释放应力之后，就会形成次生应力，而且由于支护结构将作用给发挥出来了，那么就可以很好地控制围岩的变形，减缓了变形程度。而在变形基本稳定的阶段，两帮、顶底板的移近量与顶板的下沉量分别稳定在一定的范围内，表明巷道的变形已经基本稳定，围岩处于相对稳定的状态。

2.4锚杆受力监测的结果

在结束锚杆支护之后，立即开始进行监测。所施加的预应力为60 kN，总共监测90天，对监测的数据进行收集整理，并绘制出锚杆锚固力随时间变化的曲线图，在监测初期，锚杆的受力增长迅速，然后增长速度逐渐放缓。到了第30天左右，上帮锚杆和顶板的受力基本上趋于稳定。表明锚杆刚结束时，其受力迅速增加，锚固程度也随之提高，从而有效发挥了其作用，控制了围岩的变形。与实际观察结果相结合可以发现，采用锚杆支护可以有效控制围岩的变形，防止顶板发生离层现象。

在锚杆支护约10天后，锚杆的受力开始逐渐减缓并逐渐增长至稳定状态。即下帮锚杆的受力从85 kN增加至96 kN，上帮锚杆的受力从107 kN增加至135 kN，顶板锚杆的受力从116 kN增加至147 kN。相关数据表明，锚杆支护对于控制围岩变形和防止顶板离层具有积极效果。

3结语

因此，在应用煤矿巷道掘进和支护技术的过程中，除了做到前期各项准备工作以外，也要结合煤矿采矿工程现场实际情况，制定完善的巷道掘进与支护技术措施，并加强现代先进技术应用，进一步提高巷道掘进作业效率以及巷道支护成效强化，从根本上保证煤矿开采作业安全性，实现煤矿采矿工程项目投资效益最大化。

参考文献

[1]周利峰.掘进巷道应力破坏区支护优化[J].山东煤炭科技，2021，39（11）：92-93+97+104.

[2]于达.煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与分析[J].冶金管理，2021（19）：14-15.