A070201煤矿深部巷道锚杆支护理_论与技术研究新进展

煤矿深部巷道锚杆支护理论与技术研究新进展

康红普

[煤炭科学研究总院北京开采研究所，北京 100013]

摘要针对我国深部高地压巷道围岩条件的特殊性与复杂性，巷道支护存在的问

题，分析高地压巷道围岩变形与破坏机理，支护系统控制围岩变形的作用。介绍适

用于深部巷道围岩的地质力学快速测试系统，包括地应力测量、围岩强度原位测试

及围岩结构观察；高预应力、强力锚杆支护系统，包括高冲击韧性强力锚杆，大吨

位、大延伸率单体锚索，高刚度钢带；最后，介绍高预应力、强力锚杆支护系统在

新汶矿区和金川镍矿的应用情况，通过分析矿压监测数据，评价支护效果和围岩稳

定性。实践表明，高预应力、强力锚杆支护系统是比较适合深部巷道的有效支护形

式。

关键词深部巷道强力锚杆支护研究进展应用

1 引言

煤炭资源开发由浅部向深部发展是客观的必然规律，也是世界上许多产煤国家所面临的共同问题。我国煤矿开采深度以8-12m/年的速度增加。国有大中型煤矿平均开采深度已达到400m以上，开采深度超过600m的有117处煤矿，有10余处煤矿开采深度超过1000m，最深达到1300m。随着煤炭科学技术进步，矿山现代化促进了生产的高产高效，进一步加速矿井深度的增加。浅矿井数目大为减少，中深矿井数目明显增加，深矿井将成倍增加，并将出现更多的特深矿井。预计在未来20年我国很多煤矿将进入到1000-1500m的开采深度。

深部开采引起高地压、高地温、高岩溶水压和强烈的开采扰动影响。深部矿井重力引起的垂直应力明显增大，构造应力场复杂，地应力高；矿井开采深度越大，地温越高，同时由于热胀冷缩，温度变化会引起地应力变化；地应力与地温升高，岩溶水压升高，矿井突水严重。此外，在高地应力作用下，开采扰动影响强烈，围岩破坏严重。

在高地应力环境下，煤岩体的变形特性发生了根本变化：由浅部的脆性向深部的塑性转化；高地应力作用下，煤岩体具有较强的时间效应，表现为明显的流变或蠕变；煤岩体的扩容现象突出，表现为大偏应力下煤岩体内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹导致煤岩体积增大，扩容膨胀；煤岩体变形的冲击性，表现为变形不是连续的、逐渐变化的，而是突然剧烈增加。高地应力环境和煤岩体变形特征决定了深部矿井会遇到一系列动力灾害，包括冲击矿压、煤岩与瓦斯突出、瓦斯爆炸、矿井突水、矿压显现剧烈、巷道围岩大变形、冒顶片帮等灾害，对深部矿井的安全、高效开采带来巨大威胁。上述灾害主要发生在巷道，可以说，深部开采首要的、关键的技术是巷道支护。而目前一般的巷道支护技术、支护材料与设备无法满足高地压巷道支护的要求。因此，在深入研究高地压巷道支护理论的基础上，开发研制支护材料与配套设备，为深部煤炭资源开采提供技术支持具有非常重要的意义。

2 国内外技术状况

国外对深部矿井涉及的相关问题的认识与研究从上世纪80年代就开始了。如1983年，前苏联学者就提出对超过1600m的深矿井开采进行专题研究；当时的西德还建立了特大模拟

试验台，专门针对1600m深矿井的三维矿压问题进行模拟试验研究。1989年国际岩石力学学会在法国专门召开了“深部岩石力学”国际会议。近20多年来，美国、加拿大、澳大利亚、南非、波兰等有深井开采的国家相继开展了深部开采与支护研究。加拿大联邦和省政府及采矿工业部门合作开展了为期10年的深井研究计划，在冲击地压潜在区的支护技术和冲击矿压危险性评估等方面进行了卓有成效的研究工作；南非政府、大学与工业部门合作，从1998年启动“Deep Mine”研究计划，旨在研究解决深部金矿安全、开采需要的关键技术。总之，国外学者在深部围岩大变形机理、围岩支护与加固技术、围岩应力控制技术、冲击地压预测与防治技术等方面做了大量工作，取得可喜成绩。

近年来，随着我国国民经济的快速发展和科学技术进步，对深部开采遇到的问题进行了大量的研究与试验。在高地压巷道围岩控制技术、冲击矿压预测预报与防治技术等方面，煤炭科学研究总院北京开采研究所、中国矿业大学、中南大学、东北大学、重庆大学及北京科技大学等单位进行了比较系统的研究，积累了较为丰富的实践经验。如北京开采研究所进行的“冲击地压矿井巷道锚杆支护技术研究”，中国矿业大学开展的“深部煤矿开采中灾害预测与防治研究”，以及中南大学开展的“千米深井岩爆发生机理与控制技术研究”等项目，都做了许多有益的工作。

综合国内外在高地压巷道支护技术研究方面取得的成果，归纳为以下几方面：

①提出了多种高地压巷道支护理论，包括新奥法支护理论的改进与完善、松动圈支护理论、二次支护理论、联合支护理论等，这些支护理论在不同时期与不同条件下对生产实践起到积极的指导作用。

②在高地压巷道围岩控制技术方面，有锚喷支护、U型钢可缩性支架支护、注浆加固、联合支护及卸压技术等多种形式。这些支护形式在高地应力、破碎围岩巷道中得到应用，取得一定的支护效果。

③高强度锚杆、锚索支护技术得到大面积推广应用，基本形成了包括地质力学测试、支护设计、支护材料、施工机具与工艺、工程质量检测与矿压监测在内的锚杆支护成套技术，成为巷道支护的主要形式。

高地压巷道支护研究初步成果，还远不能满足高地压巷道围岩控制的要求。归纳起来，还存在以下问题：

(1) 尽管提出了多种巷道支护理论，但任何一种理论都有缺陷，不能全面解释高地压巷道围岩变形与破坏的机理，还缺乏高应力环境下围岩与支护体相互作用机理全面、系统的研究。目前，国内大部分高地压巷道采用二次支护理论，即巷道支护分两次进行，一次支护在保持巷道稳定的前提下，允许巷道有一定的变形以释放压力；隔一定时间后实施二次支护，保持巷道的长期稳定。但是，这种理论目前已遇到了极大的挑战，在深部动压影响区、构造压力带、软岩破碎带等地点，采用二次支护后仍出现变形破坏等问题，甚至需要三次、四次支护，巷道周而复始的发生破坏，围岩变形长期得不到有效控制。

(2) 虽然目前有多种巷道支护形式，但各种支护形式都存在不足。对于高地压巷道，还缺乏有效的支护方法，导致巷道变形与破坏剧烈，需要多次维修与翻修。不仅支护成本很高，掘进速度低，而且带来很多安全隐患，严重制约采煤工作面的快速推进和矿井产量和效益的提高。

(3) 高强度锚杆、锚索支护技术在一般条件下支护效果良好，综合效益显著。但在高地压巷道中，出现了一系列问题：锚杆预应力过低，强度不足，抗冲击性能差，造成锚杆拉断或整体失效，甚至锚杆尾部被弹射出去等破坏现象；锚索直径小、强度低、延伸率低，与钻孔匹配性差，经常出现锚索被拉断或整体滑动；钢带强度和刚度小，容易撕裂和拉断，护顶效果差。上述现象严重影响了巷道支护效果和安全程度。

(4) 由于锚杆、锚索强度和刚度偏低，导致单位面积上锚杆、锚索数多，间排距小，

支护密度大，严重影响巷道掘进速度，造成采掘接续紧张。

综上所述，高地压巷道支护问题，已经成为制约深部煤炭资源安全、高效开采的关键技术瓶颈。如果支护问题得不到有效解决，大量深部煤炭资源无法开采，矿井的安全状况将会进一步恶化，煤矿的产量与效益受到严重影响，煤炭工业的可持续发展无法实现。

3 深部巷道锚杆支护的作用分析

传统的锚杆支护理论有悬吊、组合梁、加固拱等理论。本文在井下实测、数值计算等研究成果的基础上，针对深部巷道围岩变形的流变性、扩容性和冲击性，分析深部巷道锚杆支护的作用：

(1) 锚杆可不同程度地提高锚固区煤岩体强度、弹性模量、凝聚力和内摩擦角等力学参数。如锚杆对煤岩体凝聚力的影响可用下式表示：

)2Scos(4534πd n σc c 2s 0?-?+= (1)

式中：c-有锚杆岩体凝聚力；

c 0-无锚杆凝聚力；

n-锚杆数；

σs -锚杆屈服强度；

d-锚杆直径；

S-面积；

φ-内摩擦角。

由上式可知，对于中等强度以上岩石，锚杆对岩石破坏前的强度和变形影响不大；对于强度较低的煤体，锚杆在煤体破坏前对其强度有较明显的影响。锚杆的主要作用是改善发生塑性变形和破碎煤岩的力学性质，显著提高其屈服后强度，改变屈服后煤岩变形特性。

(2) 锚杆对节理、层理、裂隙等不连续面的本质作用在于：通过锚杆提供的轴向力与切向力，提高不连续面的抗剪强度，阻止不连续面产生离层与滑动。通过提高结构面的强度，提高节理煤岩体的整体强度、完整性与稳定性。

(3) 通过锚杆给围岩施加一定的压应力，可以改善围岩应力状态。对于受拉区域，可抵消部分拉应力，提高围岩抗拉能力；对于受剪区域，通过压应力产生的摩擦力，提高围岩的抗剪能力。

(4) 在深部巷道中，锚杆支护主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、张开裂隙等扩容变形与破坏，在锚固区内形成次生承载层，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，避免围岩有害变形的出现，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。

(5) 在冲击矿压巷道中，锚杆支护可改善锚固区煤岩体的冲击倾向性指标；通过保持锚固区围岩的完整性，提高围岩承载能力，使巷道围岩应力分布趋于均匀化，同时提高了对深部围岩的约束能力。基于上述作用，锚杆支护对冲击矿压有较好的控制作用，能降低冲击矿压的程度。

(6) 在深部巷道中，应采用高强度、高刚度锚杆组合支护系统，同时要求锚杆有一定的延伸率。高强度要求锚杆具有较大的破断力，高刚度要求锚杆具有较大的预紧力并实施加长或全长锚固，组合支护要求采用钢带、金属网等护表构件。应尽量一次支护有效控制围岩变形，避免二次支护和巷道维修。

(7) 锚索的作用主要是将锚杆支护形成的次生承载层与深部围岩相连，充分调动深部围岩的承载能力，使更大范围内的岩体共同承载，提高支护系统的整体稳定性。

4 巷道围岩地质力学测试

围岩是巷道支护对象，地质力学参数是巷道支护设计的基础。一切与围岩有关的工作，如巷道布置、巷道支护设计，采煤方法设备的选型等，都离不开对围岩地质力学特征的充分了解。

对于深部巷道，最大的特点是巷道埋深增加，导致地应力高、构造应力场复杂，围岩强度和变形特征发生明显变化。因此，在深部矿井中进行地质力学参数测试显得更为重要。

为了快速、准确测定地质力学参数（包括井下地应力测量、巷道围岩强度测定、围岩结构观察），可采用巷道围岩地质力学快速测试系统。

4.1 地应力测量

地应力测量方法有多种类型，常用的有应力解除法与水压致裂法。地质力学快速测试系统中采用了水压致裂法。该法有以下优点：

①能测量较深处的绝对应力状态；

②直接测量，无需了解和测定岩石的弹性模量；

③测量应力空间范围较大，受局部因素影响小；不需要套芯工序，可利用其它工程的勘探孔进行压裂。

地应力测量仪器为自行开发的SYY-56型水压致裂地应力测量装置。采用小孔径钻孔（56mm），最大测量深度为30m，可在井下进行快速、大面积地应力测量。同一钻孔还可以用于巷道围岩强度测量。如图1，该仪器由分隔器、印模器、定位器、手动泵、储能器、隔爆油泵及记录仪等部件组成。

图1 水压致裂地应力测量示意图

4.2 巷道围岩强度测试

采用WQCZ-56型围岩强度测定装置进行井下围岩强度测试（图2）。该仪器由围岩强度测定仪、探头、手摇泵、高压管、延长杆等部件组成。探头直径54 mm，测量深度30m，非常适合井下快速测量。

图2 巷道围岩强度测量示意图

岩体强度的测定在井下巷道围岩钻孔中进行。探头内的活塞在高压油的驱动下发生移

动，使端部顶针压向钻孔孔壁。根据顶针压破钻孔孔壁的临界压力，经过计算，便可得到该点的岩体单轴抗压强度。

通过对30余组岩石试样同时用围岩强度测定装置及实验室压力机作了岩石单轴抗压强度的对比试验。测试结果表明，岩石单轴抗压强度R c与围岩强度测定装置临界破坏压力P m 呈强相关关系，可用下式描述：

R c =k1P m P m≤20MPa

R c =k2+k3 logP m P m＞20MPa (2)

式中：R c—岩体单轴抗压强度，MPa；

P m—临界破坏压力，MPa；

k1、k2、k3—系数。

为了测定整个钻孔长度上岩层的抗压强度，每隔200～300mm取一个测试剖面。

4.3 巷道围岩结构观察

巷道围岩结构观察采用KDVJ-400型矿用电子钻孔窥视仪（图3），由CCD摄像头、图像接收与存储装置、安装杆等组成。仪器由摄像头在钻孔中接受图像，通过接收仪直接观察、记录图像，并可与计算机连接，分析和处理图像，能直观、清晰地反映巷道围岩的结构情况。可窥视钻孔的最小直径为28mm，长度为30m，分辨率为0.1mm。

图4是井下巷道顶煤钻孔的窥视结果，可清楚地观察到煤体中的节理、裂隙分布状况，为分析结构面的分布提高的直观的依据。

图3 KDVJ-400型矿用电子钻孔窥视仪

图4 围岩结构观察结果

5 煤巷锚杆支护设计方法与软件

5.1 动态信息设计法

根据煤矿巷道的特点，提出锚杆支护动态信息设计法。动态信息法具有两大特点，动态性与信息性：其一，设计不是一次完成的，而是一个动态过程；其二，设计充分利用每个过程中提供的信息。该设计方法包括五部分，即试验点调查和地质力学评估、初始设计、井下

监测、信息反馈和修正设计。初始设计采用数值计算法，目前应用效果比较好的数值计算程序为有限差分软件FLAC[7]和离散单元法软件UDEC。根据锚杆支护扩容—稳定理论，确定支护参数选择的原则为：

(1) 临界支护强度刚度原则：锚杆支护强度与刚度不能低于临界值，否则巷道将长期处于不稳定状态；

(2) 高预紧力原则：锚杆应施加较大的预紧力，达到杆体屈服载荷的30-50%；

(3) 锚杆锚索匹配原则：锚杆与锚索的力学性能应相互匹配，保证支护整体效果；

(4) “三高一低”原则：在高强度、高刚度、高可靠性的前提下，降低支护密度。

5.2 适合工程技术人员使用的设计软件

为了使锚杆支护初始设计既简单、方便，适合工程技术人员使用，又具有较高的科学性和合理性，在大量示范巷道数值计算设计的基础上，进行提炼与简化，编制了适合现场工程技术人员使用的设计软件。设计软件由数据库系统、咨询系统、设计系统与绘图系统组成，可根据巷道原始参数确定锚杆支护设计，并绘制巷道支护布置图。该软件的应用，显著提高了支护设计的合理性和速度，大大减轻了工程技术人员的设计工作量。

6 高强度树脂锚杆与锚索支护材料

锚杆支护材料包括锚杆杆体和附件、树脂锚固剂、W钢带和小孔径树脂锚固锚索等。6.1 锚杆杆体材料

传统的低强度、低刚度锚杆支护材料已经无法满足深部巷道支护的要求，必须开发研制适用于高地应力巷道的新的支护材料。为了大幅度提高锚杆强度，开发了专用锚杆钢材配方，设计了3个级别的螺纹钢筋，达到高强度和超高强度级别，力学性能见表1。杆体形状设计方面遵循合理孔径差、有利于提高锚杆锚固力、杆体各个部位等强度三个原则。将杆体设计为左旋无纵肋螺纹钢筋，确定杆体公称直径为18-25mm，杆尾螺纹段采用滚压工艺加工。对于直径22mm的BHRB600型钢筋，屈服力达235.6kN，破断力达311.6kN，是同直径普通圆钢的2.64 、2.16倍；对于直径25mm的强力锚杆，屈服力达300kN以上，破断力达400kN以上，真正实现了高强度。

表1 锚杆杆体力学性能

伸长率

(5)%

6.2 树脂锚固剂

在树脂锚固剂配方改进和生产技术方面做了大量工作，现已形成系列产品，主要性能指标均达到国外先进国家的要求。锚固剂尺寸有多种规格，从直径划分，常用的有23mm，28mm，35mm；从长度划分，常用的有300mm，350 mm，500 mm，600 mm等。

6.3 W钢带

钢带是煤巷锚杆支护中的重要组合构件。W型钢带是利用带钢经多组轧辊连续进行冷弯、滚压成型的型钢产品。由于带钢在冷弯成型过程中的硬化效应，可明显提高型钢强度。冷弯成型出材率高(98%)，与冲压及热轧型钢相比，可节约钢材10~30%。

根据我国煤矿井下巷道的具体情况，制定了我国矿用W型钢带标准（MT/T861-2000）。在井下使用时，可根据巷道的具体条件，选择不同参数的W型钢带。

为了与强力锚杆配合，又设计了厚度5mm的高强度、高刚度W型钢带，其破断载荷高达500kN，同时，刚度也大幅度提高，组合与护表能力大大增强。

6.4 小孔径树脂锚索

针对煤巷特点，开发了小孔径树脂锚固预应力锚索加固技术。其最大特点是采用树脂药卷锚固，安装孔径仅为28mm，用普通单体锚杆机即可完成打孔、安装。树脂药卷固化时间快，锚索能及时、快速承载。

小孔径锚索主要用在破碎、复合顶板巷道；放顶煤开采沿煤层底板掘进的煤顶巷道；软弱和高地应力巷道；以及大跨度开切眼和巷道交叉点。其主要技术参数为：钻孔直径，28mm；锚索直径，15.24-22mm；索体破断力，260-600kN。

7 应用实例

新汶矿区是我国是开采深度最大的矿区之一，平均开采深度已达到900m，多个矿井开采深度超过1000m，最深达1300m。它集中了采深大、地质构造复杂、矿井灾害性现象多重条件，使巷道支护极为困难。目前，深部岩石巷道围岩变形大、底鼓严重；煤巷维护困难，需要多次维修与翻修；冲击地压煤层巷道支护问题没有得到解决。以往研究形成的锚网喷二次支护理论受到了挑战，在深部动压影响区、构造压力带、软岩破碎带等地点，采用二次支护后仍出现大变形与破坏等问题，需要三次甚至更多次的支护，巷道维护费用极高，而且围岩变形长期不能稳定。为此，开展了系统的深部巷道支护理论与技术研究。

7.1 巷道围岩地质力学测试

在新汶协庄矿、孙村矿和华丰矿进行了地应力测量，测试结构见表2。

表2 新汶矿区地应力测量结果

序号矿井测量地点埋深/m 垂直主应力

/MPa 最大水平主应

力/MPa

最小水平主应

力/MPa

最大水平主应

力方向

1 协庄1202W回风巷790 20.94 32.39 16.56 N33.5°E

2 1202E运输巷1150 30.48 34.60 17.89 N12.5°E

3 -850二采中车场1071 28.38 39.77 20.6

4 N39.7°E

4 孙村-1050西大巷1283 34.00 31.97 16.51 N6.0°W

5 41120疏水巷982 26.02 33.12 16.80 N20.6°E

6 2124轨道巷1034 27.40 23.22 12.19 N35.5°E

7 华丰-1100水平大巷1200 31.80 31.80 22.80 N3.0°E

从表2的数据中看出，在7个测点中，埋深超过1000m的有5个，最深为1283m；最大水平主应力最大为39.77MPa，最小为23.22MPa；7个测点中，最大水平主应力不小于垂直应力的测点有5个，占71.4%，最大水平主应力与垂直应力的比值最大为1.55。可见，新汶千米埋深巷道地应力很高，而且水平应力占明显优势。

协庄矿围岩强度测量结果见表3。砂质页岩的单轴抗压强度在35-40MPa，煤层强度在12MPa左右，煤岩体强度比较低。

表3 新汶协庄矿围岩强度测量结果

岩性累计厚

度/m

厚度

/m

岩层

柱状

平均强度

（MPa）

中砂岩9.10 3.54 78.6

砂质泥岩 5.56 0.56 40.5

煤 5.00 0.30 11.9

砂质页岩 4.70 1.20 36.1

煤 3.50 0.75 12.1

砂质页岩 2.75 2.75 34.6

7.2 高预应力、强力支护系统试验

(1) 巷道地质与生产条件

针对高地应力、软岩巷道，进行了高预应力、强力支护系统井下试验。

试验地点为新汶协庄矿1202E运输巷。该巷沿二煤顶板掘进，煤层平均厚度2.4m，倾角

巷道锚杆支护参数设计

巷道锚杆支护参数设计 一、锚杆支护理论研究 （一）锚杆支护综述 1、锚杆支护技术的发展 锚杆支护作为一种有效的、技术经济优越的采准巷道支护方式，自美国1912年在aberschlesin（阿伯施莱辛）的Friedens（弗里登斯）煤矿首次使用锚杆支护顶板至今已有90多年的历史。 1945~1950年，机械式锚杆研究与应用； 1950~1960年，采矿业广泛采用机械式锚杆，并开始对锚杆支护进行系统研究； 1960~1970年，树脂锚杆推出并在矿山得到了应用； 1970~1980年，发明管缝式锚杆、胀管式锚杆并得到了应用，同时研究新的设计方法，长锚索产生； 1980~1990年，混合锚头锚杆、组合锚杆、特种锚杆等得到了应用，树脂锚固材料得到改进。 美国、澳大利亚、加拿大等国由于煤层埋藏条件好，加之锚杆支护技术不断发展和日益成熟，因而锚杆支护使用很普遍，在煤矿巷道的支护中的比重几乎达到了100%。 澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，处于国际领先水平。澳大利亚的煤矿巷道几乎全部采用W型钢带树脂全长锚固组合锚杆支护技术，尽管其巷道断面比较大，但支护效果非常好。对于复合顶板、破碎顶板及其巷道交叉点、大跨度硐室等难维护的地方，采用锚索注浆进行补强加固，控制了围岩的强烈变形。美国一直采用锚杆支护巷道，锚杆消耗量很大。锚杆种类也较多，有胀壳式、

树脂式、复合锚杆等。组合件有钢带。具体应用时，根据岩层条件选择不同的支护方式和参数。 锚杆支护发展最快的是英国。在1987年以前，英国煤矿巷道支护90%以上采用金属支架，而且主要是矿用工字钢拱型刚性支架。由于回采工作面单产低、效率低、巷道支护成本高，因而亏损严重。为了摆脱煤炭行业的这种困境，在巷道支护方面积极发展锚杆支护，到1987年，英国从澳大利亚引进了成套的锚杆支护技术，从而扭转了过去的被动局面，煤巷锚杆支护得到迅速发展，经过近10年实验的基础上，又进行了改进和提高，到1994年在巷道支护中所占的比重己达到80%以上。锚杆支护技术的广泛采用给英国煤矿带来巨大的活力和经济效益。 德国是U型钢支架使用最早、技术上最为成熟的国家，自1932年发明U型钢支架以来，U型钢支架发展迅速，支护比重很快达到了90%以上，从井底车场一直到采煤工作面两巷均采用U型钢可缩性支架。但是自20世纪80年代以来，随着矿井开采深度日益增加，维护日益困难。面临这种困境，德国采用不断增加金属支架的型钢质量，逐步减小棚距的做法，这不仅使巷道支护费用增高，而且施工、运输更加困难和复杂。即便如此，巷道维护困难的状况仍然难以改观，于是寻求成本低，运输和施工简单方便、控制围岩变形效果好的锚杆支护变得尤为重要。到20世纪80年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区实验成功后获得推广，现己应用到千米的深井巷道中，取得了许多成功的经验。 法国煤巷锚杆支护的发展也很迅速，到1986年其比重己达50%。在采区巷道支护中同时发展金属支架、锚杆支护、混凝土支架。 俄罗斯锚杆支护的发展也引人瞩目。他们研制了多种类型的锚杆，在俄罗斯第一大矿区——库兹巴斯矿区锚杆支护巷道所占比重己达50%。 我国在煤矿岩巷中使用锚杆支护也已有近50余年的历史。从1956年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护，20世纪60年代锚杆支护开始进入采区，但由于煤层巷道围岩松软，受采动影响后围岩变形量很大，对支护技术要求很高，加之锚杆支护理论、设计方法，锚杆材料、施工机具、检测手段等还不够完善，因而发展缓慢。“八五”期间，原煤炭工业部把煤巷锚杆支护技术作为重点项目进行攻关，在“九五”期间，原煤炭工业部将“锚杆支护”列为煤炭工业科技发展的五个项目之一，

煤矿巷道锚杆支护技术规范

煤矿巷道锚杆支护技术规范 1 范围 本标准规定了煤矿巷道锚杆支护技术的术语和定义、技术要求、锚杆支护施工质量检测及锚杆支护监测。 本标准适用于煤矿岩巷、煤巷及半煤岩巷的锚杆支护。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 175-2007 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 GB/T 228.1-2010 金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法 GB/T 23561.1-2009 煤和岩石物理力学性质测定方法第1部分：采样一般规定 GB 50086 岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范 GB/T 50266-2013 工程岩体试验方法标准 MT 146.1－2011 树脂锚杆第1部分：锚固剂 MT 146.2－2011 树脂锚杆第2部分：金属杆体及其附件 MT 285 缝管锚杆 MT/T 861 W型钢带 MT/T 1061-2008 树脂锚杆玻璃纤维增强塑料杆体及其附件 3 术语和定义 GB/T 228.1-2010、MT 146.1-2011、MT 285界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 巷道 roadway 为煤矿提升、运输、通风、排水、行人、动力供应等而掘进的通道。 3.2 煤巷 coal roadway 断面中煤层面积占4/5或4/5以上的巷道。 3.3 岩巷 rock roadway 断面中岩石面积占4/5或4/5以上的巷道。 3.4

半煤岩巷 coal-rock roadway 断面中岩石面积（含夹石层）大于1/5到小于4/5的巷道。 3.5 锚杆 rock bolt 安装在围岩中，对围岩实施锚固的杆件系统。一般由杆体、托盘、螺母、垫圈、锚固剂或锚固构件组成。 3.6 预应力锚杆 pretensioned rock bolt 在安装过程中施加一定预拉力的锚杆。 3.7 无预应力锚杆 non-pretensioned rock bolt 在安装过程中不施加预拉力的锚杆。 3.8 树脂锚杆 resin anchored bolt 采用树脂锚固剂锚固的锚杆。 注：改写MT 146.1-2011，定义3.1。 3.9 注浆锚杆 grouting bolt 杆体为中空式，兼做注浆管，对围岩进行注浆加固的锚杆。 3.10 钻锚注锚杆 self-drilling bolt 杆体为中空式，自带钻头，集钻孔、锚固、注浆于一体的锚杆。 3.11 玻璃纤维增强塑料锚杆 glass fibre reinforced plastic bolt 杆体主体部分由玻璃纤维和树脂复合而成的锚杆。 3.12 缝管锚杆 s plit set bolt 经特殊加工成纵向开缝的钢管及其附件。 [MT 285—1992，术语 3.1] 3.13 锚索 cable bolt 安装在围岩中，对围岩实施锚固的索体系统。一般由钢绞线、托盘、锚具及锚固剂组成。 3.14 锚杆支护 rock bolting

煤矿锚杆支护

煤矿锚杆支护设计GJSS - - 批准： 审定： 审核： 编制：

****年11月18日

目录 一、工程概况 二、场地地质条件 三、锚杆支护方案 四、锚杆施工工艺 五、锚杆基本试验与验收试验 六、主要施工机械设备 七、施工人员安排 八、安全施工措施

九、质量保证措施及检验 十、施工进度计划

锚杆支护设计与施工方案 一、工程概况 由地产开发有限公司投资兴建****的位于东风路和法政路交汇处附近，基坑周长约340m，开挖深度至-15.9m。基坑采用地下连续墙加锚杆支护方案，由****市城市规划勘测设计研究院设计。设计连续墙厚800，预应力锚杆三排，分别布置在-4.5m、-9.2m和-11.9m处，锚杆穿越的土层有淤泥、粘土层、强风化层及中风化层，锚杆预应力400KN。 二、场地地质条件 根据****市城市规划勘测设计研究院提供的工程地质报告，场地地层自上而下依次为：人工填土层、冲积层、残积层及白垩系页岩。

1、人工填土层（Q ml）：场地均布，杂色，含砖瓦碎石等杂物，层厚1.50～ 3.80m。 2、冲积层（Q al）：按岩性不同可分为淤泥及中砂。 （1）淤泥：场地大部分布（除钻孔鉴7、鉴9、技11和鉴12外），灰黑色，软塑～流塑，含少量粉细砂，间夹贝壳及腐木，层厚0.50～ 3.90m。 （2）中砂：仅见于钻孔鉴5、技6、技13及技16，灰黑色，松散，饱和，颗粒较均匀。层厚0.6～1.7m。 3、残积层（Q el）： （1）粉质粘土：局部分布，灰黄色，可塑至硬塑，含粉细砂层，为原岩风化产物。 （2）粘土：局部分布，红黄、灰白、灰黄、褐色，硬塑，含少量粉细砂，为原岩风化产物。

煤巷锚杆支护技术要求规范

煤巷锚杆支护技术规范 1 范围 本标准规定了煤巷锚杆支护技术的术语和定义、技术要求、煤巷锚杆支护监测及煤巷锚杆支护施工质量检测。 本标准适用于煤矿煤巷锚杆支护，也适用于半煤岩巷锚杆支护。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T5224－2003 预应力混凝土用钢绞线 GB/T14370－2000 预应力筋用锚具、夹具和连接器 GB50086－2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范 MT146.1－2002 树脂锚杆锚固剂 MT146.2－2002 树脂锚杆金属杆体及其附件 MT/T942－2005 矿用锚索 MT5009－1994 煤矿井巷工程质量检验评定标准 3术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 煤巷coal roadway 断面中煤层面积占4/5或4/5以上的巷道。 3.2 半煤岩巷half-coal and half-rock roadway 断面中岩石面积（含夹石层）大于1/5到小于4/5的巷道。

锚杆支护bolt supporting 以锚杆为基本支护形式的支护方式。 3.4 锚杆杆体破断力breaking force of bolt bar 锚杆杆体能承受的极限拉力。 3.5 锚杆拉拔力pulling force of bolt 锚杆锚固后，拉拔试验时，锚杆破断或失效时的极限拉力。 3.6 锚固力anchor capacity 锚杆的锚固部分或杆体在拉拔试验时，所能承受的极限载荷。 〔MT146.1－2002，定义3.8〕 3.7 设计锚固力 design anchor capacity 设计时给定的锚杆应能承受的锚固力。 3.8 树脂锚杆resin anchor bolt 〔MT146.1－2002，定义3.1〕 3.9 树脂锚固剂capsule resin 起粘结锚固作用的材料称锚固剂，树脂锚固剂由树脂胶泥与固化剂两部份分隔包装成卷形。混合后能使杆体与被锚固体煤岩粘接在一起。 〔MT146.1－2002，定义3.2〕

巷道锚杆支护技术参数的合理选择与设计(孙巧龙)

巷道锚杆支护技术参数的合理选择与设计 孙巧龙 （淮北朔里矿业有限责任公司，安徽淮北235052） 【摘要】本文浅析煤矿巷道锚杆支护高应力巷道影响锚杆支护的因素、煤巷锚杆支护的关键问题和煤巷锚杆支护的合理设计。 【关键词】锚杆支护；合理设计；选择；巷道 1引言 在煤矿巷道的锚杆支护中，由于其对破碎岩体的加固效果好，又优于U型钢被动支护，加上劳动强度低、经济效益显著的特点，因而在煤矿中得到了广泛的应用。煤矿软岩地层分布十分广泛，75%以上的采准巷道还要经受采动的频繁影响，所以在设计服务年限内的大部分巷道围岩变形量都比较大，严重的冒落无法再利用。因此，煤矿巷道锚杆支护技术研究的重点应是有效控制高应力、软岩和采动等大变形量围岩特性，以保障煤矿在安全、经济的良好环境下持续生产。 2高应力巷道影响锚杆支护的因素 2.1巷道断面 巷道锚杆支护过程中，对于深部高应力的地点，在进行断面选择时，必须根据顶底板岩性和巷道服务年限原则考虑选择。①对服务年限较长的开拓、准备巷道，应尽量选用承压效果好的圆弧拱断面。②对回采、顶板完整性较好的巷道，可采用梯形断面；复合顶板或破碎顶板的巷道，应采用承压性效果较好的斜切圆拱形断面。 就斜切圆拱形断面来说，斜切圆弧拱高一般应为巷道宽度的2/5—1/4，上肩窝部高度达到煤层顶板，下帮墙高根据设计要求进行设计。拱高控制可在掘进过程中通过控制中部高度实现。根据众多的实验证明，其断面承压效果要比梯形断面好。但是，岩石掘进工作量大是其缺点，并在一定程度上会影响掘进速度。 2.2锚杆性能 在锚杆的种类选择上，主要考虑锚杆的材质、粗度、延伸性、让压性能和预紧力等参数特性比较选择，其次是考虑锚固剂的选择。随着各种锚杆的不断出

锚杆支护技术规范(正式版本)

锚杆支护技术规范(正式) 第一章总则 1 为贯彻安全第一的生产方针，严格执行《煤矿安全规程》和煤炭工业技术政策， 确保正确地进行锚杆支护设计和施工质量，促进煤巷锚杆支护技术的健康发 展，特制定本规范。 2 锚杆支护巷道施工必须进行设计。锚杆支护设计要注重现场调查研究，吸取国内 外锚杆支护设计、施工和监测方面的先进经验，积极采用新技术、新工艺、 新材料，做到技术先进、经济合理、安全可靠。 新采区采用锚杆支护时，要进行基础数据收集并进行锚杆支护试验工作，锚 杆支护设计要组织有关单位会审，并报集团公司备案。 3 对在煤巷应用锚杆支护的有关人员（管理人员、工程技术人员及操作人员），都必 须进行技术培训。 4 在应用锚杆支护的巷道中，必须有矿压及安全监测设计。在施工中必须按设计设置 矿压及安全监测装置，并有专人负责监测。 第二章巷道围岩的稳定性分类 5 采用煤巷锚杆支护技术，必须对巷道围岩稳定性进行分类，为指导锚杆支护设计、 施工与管理提供依据。 6 巷道分类按原煤炭部颁发的《缓倾斜、倾斜煤层回采巷道围岩稳定性分类方案》执 行。 7 煤层围岩分类指标以缓倾斜、倾斜薄煤层及中厚煤层回采巷道分类指标为基本分

类指标。其它条件下的煤巷（如煤层上山）稳定性分类指标，可根据具体情况对分类指标进行相应替代，详见表1和表2。 缓倾斜、倾斜薄及中厚煤层回采巷道分类指标 表1 煤层上、下山分类指标 表2

第三章锚杆支护设计 8 锚杆支护设计应贯彻地质力学评估—初始设计—监测与信息反馈—修改设计等四 个步骤。 锚杆支护设计参考以地应力为基础的煤巷锚杆支护设计方法，结合锚杆支 护实践，可根据直接顶稳定情况，按悬吊理论、自然平衡拱理论、组合梁理 论或锚杆楔固理论进行设计计算；亦可采用工程类比法进行设计。无论采用 哪种设计方法，都必须对支护状况进行监测，包括锚杆受力、巷道围岩表面 与深部位移及弱化范围、顶板离层等内容。根据监测信息反馈结果对设计进 行验证或修改。 第9条为进行科学的锚杆支护设计，必须具备表3所要求的原始资料。巷道施工后，根据实际揭露的围岩及地质构造等情况，对有关数据进行校核，为修改和完 善锚杆支护设计提供依据。

煤矿锚杆支护技术规范标准设计

煤矿锚杆支护技术规范（新） ICS 73.100.10 D 97 备案号：26921—2010 MT 2009-12-11发布 2010-07-01实施 中华人民共和国煤炭行业标准 MT/T 1104—2009 煤巷锚杆支护技术规范 Technical specifications for bolt supporting in coal roadway 国家安全生产监督管理总局发布 前言 本标准的附录A为资料性附录。 本标准由中国煤炭工业协会科技发展部提出。 本标准由煤炭行业煤矿专用设备标准化技术委员会归口。 本标准由中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会负责起草。煤炭科学研究总院南京研究所、煤炭科学研究总院开采设计研究分院、煤炭科学研究总院建井研究分院、中国矿业大学、兖州矿业集团公司、徐州矿务集团公司、鹤岗矿业集团公司、新汶矿业集团公司、山西焦煤西山煤电集团公司、江阴市矿山器材厂、石家庄中煤装备制造有限公司、深圳海川工程科技有限公司参加起草。 本标准主要起草人：袁和生、康红普、陈桂娥、权景伟、张农、王方荣、王富奇、何清江、周明、秦斌青、晨春翔、黄汉财、赵盘胜、何唯平。 煤巷锚杆支护技术规范 1 范围 本标准规定了煤巷锚杆支护技术的术语和定义、技术要求、煤巷锚杆支护监测及煤巷锚杆支护施工质量检测。 本标准适用于煤矿煤巷锚杆支护，也适用于半煤岩巷锚杆支护。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 5224－2003 预应力混凝土用钢绞线 GB/T 14370－2000 预应力筋用锚具、夹具和连接器 GB 50086－2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范 MT 146.1－2002 树脂锚杆锚固剂 MT 146.2－2002 树脂锚杆金属杆体及其附件 MT/T 942－2005 矿用锚索 MT 5009－1994 煤矿井巷工程质量检验评定标准

锚网巷道支护设计说明书

锚网巷道支护设计说明书 一、地质条件 根据地测科提供22508轨道巷地质说明书及钻孔情况分析，该巷道沿5#煤层掘进，煤厚为3.0-4.0m，煤层顶板多为k4细粒砂岩，局部地段发育厚度约为0.2m的黑色砂质泥岩；煤层底板多为粉砂岩或灰色泥岩，局部地段发育有薄层的石英砂岩。参考煤柱面掘进资料显示，在该段巷道可能遇见断层发育。 二、巷道断面 巷道采用锚网索支护、断面为矩形，设计规格：3.4m*3m（宽*高）巷道支护设计图（见附图1） 三、锚杆支护巷道支护设计 1、支护方式 ①临时支护 锚网索巷道临时支护采用带帽圆木点柱，点柱规格为直径不小于16cm、长3m的新鲜圆木、点柱不少于2根。 ②、永久支护 采用锚网索支护作为永久支护，支护材料为： 顶部：锚杆18mm*2200mm，Q500高强度螺纹钢锚杆，托盘150mm*150mm，厚度8mm 帮部：锚杆16mm*1800mm，Q335矿用螺纹钢锚杆，托盘150mm*150mm，厚度6mm 金属网：采用直径6mm钢筋焊接，网孔规格为70mm*70mm。

菱形铁丝网：采用10铁丝编制、网孔45mm*45mm 塑料网：采用pp180ms矿用塑料网网孔为30*30. 锚索直径17.8*6300mmswrh82b、强度级别1860兆帕钢绞线。托盘300*300*12mm 3、按悬吊理论计算锚杆参数： （1）、锚杆设计长度计算： L= L1+L2+L3 式中 L—锚杆长度2200mm L1—锚杆外露长度0.07m， L2—锚杆有效长度1.50（顶部锚杆取免压拱高b） L3—锚入岩层深度0.6m 根据满足顶板最下一层岩石外表抗拉强度条件确定组合梁厚度，即锚杆有效长度L2，则顶板稳定时应满足 L2≥ 式中：B—巷道开掘宽度，取3.4m ；σ1 ———顶板岩石抗拉强度; K1—顶板岩石坚固安全系数3~5 根据以上数据计算出该长度满足巷道支护设计要求。 （2）、锚杆间、排距计算: 式中：式中 SC ———锚杆间、排距; τ———杆体材料抗剪强度 ,MPa;

巷道锚杆支护设计专题报告

巷道锚杆支护 摘要 煤巷锚杆支护的技术已趋于成熟但是锚杆支护仍然存在较多问题。第一，锚杆支护工程隐蔽性强，监测技术不能完全满足煤矿的需要，安全可靠根本没有保证。第二，我国煤炭资源分布范围广，地质条件复杂多变，好多复杂地质条件下锚杆支护并未达到理想的支护效果。该设计是从锚杆支护的隐蔽性和我国复杂多变的地质条件等特点出发。围绕这些特点，从杆体材料，加工方法，支护设计理念、施工质量，检测设备，监测手段等方面入手进行试验研究，提高支护质量，实现高产高效。 关键词：巷道；锚杆支护；高强度锚杆；监测 1问题的提出 由于锚杆支护能够改变围岩的力学特性，能获得良好的支护效果，带来传统支护方式无法比拟的技术经济效益，在国内外已受到了普遍的重视并得到了快速的发展及广泛的应用。因此，探索正确的巷道支护理论、选择安全可靠的支护方法、确定经济合理的支护参数以及实用高效的施工工艺成了长期以来人们所致力解决的一个重大理论及技术课题，对于煤矿来说具有重大意义。锚杆支护是巷道支护的一次重大革命，它可以起到加固、悬吊、合成梁和挤压连接体等作用，在支护中使用锚杆可以改变岩体的受力状态，不仅增加了岩石本身的稳定程度，而且使被支护岩体由荷载变为承载体，提高了岩体承载能力。同时，大量工程实践表明，锚杆支护具有用料节省、巷道断面利用率高、支护及时、劳动强度小、经济效益高以及对巷道围岩变形的适应性好等诸多优。因而，井下巷道采用锚杆支护是一种行之有效的支护手段，成为世界主要产煤国家煤矿支护的主要形式，美国、澳大利亚的煤矿巷道普遍采用锚杆支护，其支护比例己接近100%，英法两国煤巷的锚杆支护比例也分别达到了50%和80%以上，而我国煤矿锚杆支护在煤巷中仅占20%左右，和世界先进水平相比存在较大差距。其主要原因是巷道事故率很高。巷道变形破坏、片帮冒顶等事故在地下工程中是最常见的。据不完全统计，煤矿事故中59%以上是巷道事故。究其原因，还是对巷道变形破坏规律认识不清、支护理论不完善，从而造成支护设计工程类比居多，缺乏科学的指导，巷道支护方式选择不合理，因而也就无法保证巷道在不同地质条件下稳定和安全使用。所以本文系统的介绍锚杆支护。

煤矿锚杆支护技术规范(新)

煤矿锚杆支护技术规范 锚杆支护中锚固力与锚杆拉拔力区别 ①锚固力是锚杆对围岩产生的约束力，是限制围岩变形，起支护作用的力。锚杆拉拔力是锚杆锚固后拉拔实验时，所能承受的极限载荷，反映的是杆体、锚固剂、岩石粘结到一起后，锚杆破断或失效的最大拉力。 ②锚固力随着被支护围岩变形、围岩的膨胀而增大，因此锚固力是一个动态发展并不断变化的力。锚杆拉拔力是一个固定值，不随围岩变形和锚杆受力而改变。如果围岩不发生变形且不考虑杆体的松驰效应，锚固力等于初锚力。 ③锚固力检测使用安装于锚杆螺母和托盘之间的锚杆测力计，一般在锚杆安装时把锚杆测力计安好。检测锚固力是为了监测锚杆受力状况，需要进行长期观测。锚杆拉拔力检测使用锚杆拉力计，检测可以在锚杆安装完成后任何时候进行，检测锚杆拉拔力是为了查验锚杆杆体、锚固剂、岩石粘结效果。在施工中，检测锚杆拉拔力时，一般只要达到设计锚固力即可；在做破坏性检测时，则要求锚杆被拉断或锚杆被拉出才终止。 ④检查锚杆施工质量时，一般检查锚杆拉拔力。监测分析锚杆工作情况时，测锚固力。测量锚固力是为了验证支护的可靠性，为以后修改支护设计提供依据。设计和施工时，必须保证锚杆拉拔力大于杆体破断力这一基本原则，即锚杆杆体受力超过其破断力后，锚杆可能被拉断，但锚杆不能被拉出。常见错误是设计的锚杆拉拔力小

于杆体破断力。 ⑤施工、设计中锚固力与锚杆拉拔力经常混淆、混用。二者混淆原因一方面是由于一些标准、教课书说法不一，造成混乱；另一方面对二者内涵认识理解有误，辨识不清。 一、术语和定义 1、煤巷：断面中煤层面积占4/5或4/5以上的巷道。 2、半煤岩巷：断面中岩石面积（含夹石层）大于1/5到小于4/5的巷道。 3、锚杆支护：以锚杆为基本支护形式的支护方式。 4、锚杆杆体破断力：锚杆杆体能承受的极限拉力。 5、锚杆拉拔力:锚杆锚固后，拉拔试验时，锚杆破断或失效时的极限拉力（锚杆拉拔力是锚杆锚固后拉拔实验时，所能承受的极限载荷，反映的是杆体、锚固剂、岩石粘结到一起后，锚杆破断或失效的最大拉力）。 6、锚固力：锚杆的锚固部分或杆体在拉拔试验时，所能承受的极限载荷（锚固力是锚杆对围岩产生的约束力，是限制围岩变形，起支护作用的力。）。 7、设计锚固力：设计时给定的锚杆应能承受的锚固力。 8、树脂锚杆：以树脂锚固剂配以各种材质杆体及托盘（托板）、螺母与减磨垫圈等构件组成的锚杆。

锚杆支护设计

组煤 层 号 煤层厚度（m）层间距（m）稳 定 性 煤层 倾角 (平均) 可采 情况 夹矸 层数 煤层 结构 顶板 岩性 底板 岩性最大－最小 平均 最大－最小 平均 太原组 11 1.40-3.87 2.8110.05-31.50 17.01 稳 定 4 全区 可采 0-3 简单至 复杂 砂质 泥岩 泥岩 13 2.45-12.90 11.01 稳 定 4 全区 可采 0-10 简单至 极复杂 砂质 泥岩 泥岩 岩石力学性质试验成果表表6-1 名称岩性 抗压强度 （MPa） 抗拉强度（MPa）抗剪强度（MPa 11号顶板泥岩 12.0-15.4 13.8 0.31-0.59 0.43 1.02-1.73 1.34 11号底板砂岩 7.9-10.8 9.5 0.34-0.52 0.40 0.62-1.19 0.84 13号顶板细砂岩30.7 1.7 13号底板泥岩35.3 1.6 煤质分析： 1. 煤尘爆炸指数=V挥/100-A-W=38.37/100-4.19-9.35=38.37/86.46=44.37% 2. 煤尘爆炸指数=V挥/V挥+C=38.37/38.37+46.67=38.37/85.04=45.11%

1102回风巷支护设计 一、巷道概况 本矿南回风大巷巷道设计长度411m，巷道沿煤层底板掘进，掘进净宽度4740mm，掘进净高度3420mm。本巷道在钻孔ZK1区域（相距80m）。煤层顶底板情况及煤层特征情况分别见表3、表4。 表3 煤层顶底板情况表 名称岩石名称厚度(m) 特征 老顶砂岩，8.9 灰色，中细稳定，石英长石，紧密 直接顶泥岩 4.6 层理较发育、块状、性脆、易冒落 直接底粗纱岩8.3 灰白色、石英、胶结疏散、含砾 表4 煤层特征情况表 项目单位指标备注 煤层平均厚度m 2.75 煤层倾角°3～5 煤层硬度 f 2～3 较稳定 自燃发火期月3--6 绝对瓦斯涌出量 m3/min 1.41 煤尘爆炸指标% 45.11 二、巷道支护设计 1、支护方式及支护理论的选择 该巷道沿煤层底板掘进，直接顶为泥岩，层理较发育，易冒落，平均总厚度4.6m，老顶为坚硬的中细砂岩、泥砂岩，较稳定。采用锚杆、锚索联合支护方式，选用悬吊理论进行设计。 锚杆的作用，是将巷道易冒落的煤、岩直接悬吊在上面稳定的直接顶上，使岩层锚固紧密，防止松散。锚索锚固在深部围岩的老顶里，调动深部围岩的强度，对锚杆锚固

煤矿井下巷道锚杆支护技术分析

煤矿井下巷道锚杆支护技术分析 发表时间：2019-06-25T14:50:55.663Z 来源：《基层建设》2019年第7期作者：赵仪强李航张海[导读] 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。内蒙古科技大学内蒙古自治区包头 014000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

煤矿公司锚杆支护技术管理规定

煤矿公司锚杆支护技术管理规定 第一章总则 第一条为积极推广应用锚杆支护技术，加强顶板管理，规范锚杆施工，依据《煤矿安全规程》及有关规定，特制定本规定。 第二条制定本规定旨在安全、高效、经济的原则下，鼓励和支持推广应用锚杆支护技术，保证和促进锚杆支护技术的推广应用，提高经济效益。 第二章支护设计 第三条所有巷道施工前，都必须进行支护设计。新揭露煤层、新建矿井巷道必须进行地质力学评估，地质力学评估和巷道围岩分类是锚杆支护设计的主要依据。 第四条地质力学评估的内容，包括现场地质条件调查、巷道围岩力学性质测定、应力实测及可锚性试验。原则上每个采区都应进行原岩应力实测，测点布置要有代表性，以使实测结果能够最大程度地反映采区和井田的实际情况，在此基础上绘制矿井地应力分布图。 第五条设计方法可采用计算机数值模拟法、理论分析法和工程类比法。在理论分析的基础上，根据围岩稳定性分类，至少选择两种技术经济可行的方案进行分析对比，选择最合理的设计方案。

第六条按设计施工后，应立即进行监测，根据监测结果及时修改或补充设计。 第七条设计应包括以下内容 1、巷道名称、位置、用途及巷道设计断面； 2、巷道锚杆支护布置图； 3、锚杆几何参数（长度、直径）、力学参数（强度）及确定依据； 4、锚杆布置参数（间排距、角度）及确定依据； 5、锚杆锚固参数（孔径、锚固长度）及确定依据； 6、锚杆预紧力矩（或预紧力）、锚杆锚固力、可锚性试验结论； 7、钢带形式、强度、规格； 8、金属网、塑料网或钢筋网形式、规格、强度； 9、支护材料消耗； 10、施工工艺方法； 11、施工工艺要求及质量管理指标； 12、相关安全技术措施：临时支护、控顶距； 13、验证设计的监测方案； 14、补强加固措施； 15、预计可能出现的问题，以及应采取的相应措施； 16、预计的支护成本。 第八条锚杆支护设计中锚固剂、杆体、托盘及钢带等的性

锚杆支护规范

矿区锚杆支护技术规范 .1 本规范是专门针对潞安矿区现有生产矿井所开采的3#煤层的地质与生产条件而编制的，旨在促进潞安矿区煤巷锚杆支护技术健康发展，为矿井实现安全高效创造良好条件。 1.2 根据《潞安矿区巷道围岩地质力学测试与分类研究报告》和《潞安矿区煤巷锚杆支护成套技术研究》的结论，在潞安矿区的煤巷中可以并应积极推广应用锚杆支护技术。 指导思想是：解放思想，实事求是，因地制宜，积极推广应用。 工作原则是：以科学的理论依据为指导，以严谨的态度抓好设计、施工和管理。 1.3 本规范适用于潞安矿区以锚杆支护作为主要手段的煤巷，包括： (1) 回采巷道（运输巷，回风巷，开切眼，瓦排巷等）； (2) 采区集中巷； (3) 煤层大巷； (4) 各类煤巷交岔点和峒室。 1.4 在进行煤巷锚杆支护设计前，必须有全面、准确、可靠的巷道围岩地质力学参数，包括地应力的大小和方向、围岩强度、围岩结构等。否则，不能进行锚杆支护设计。 1.5 煤巷锚杆支护设计采用动态信息设计法。设计是一个动态过程，充分利用每个过程提供的信息。设计应严格按五个步骤进行，即巷道调查和地质力学评估、初始设计、井下施工与监测、信息反馈分析和修正设计、日常监测。 1.6 煤巷锚杆支护材料的尺寸规格、力学性能与产品质量必须满足锚杆支护设计的要求，并符合煤矿安全有关规定。否则，不能下井使用。 1.7 煤巷锚杆支护施工应严格按照设计和作业规程要求进行，确保施工质量。 1.8 与煤巷锚杆支护技术有关的各级管理和技术人员，以及操作工人，都应进行锚杆支护技术培训。 1.9 本规范未涉及的煤巷锚杆支护技术问题，应按煤炭行业有关规定执行。 第二章巷道围岩地质力学评估与现场调查 2.1 巷道围岩地质力学评估与现场调查是煤巷锚杆支护设计的基础依据和先决条件，必须在进行支护设计之前完成。 2.2 地质力学评估与现场调查首先应确定评估与调查的区域，考虑巷道服务期间影响支护系统的所有因素，随后的锚杆支护设计应该限定在这个区域内。 2.3 地质力学评估与现场调查主要包括以下内容 (1) 巷道围岩岩性与强度 煤层厚度、倾角和强度；顶、底板各岩层的岩性、厚度、倾角和强度。 (2) 围岩结构与地质构造 巷道围岩内节理、裂隙等不连续面的分布，对围岩完整性的影响；巷道附近较大断层、褶曲等地质构造与巷道的位置关系，以及对巷道围岩稳定性的影响程度。 (3) 地应力

锚杆支护设计,

一、基本情况 22111回风顺槽巷道原设计1110m，施工沿2#煤层底板布置掘进，S100A 型综掘机落煤、装煤。采用矿用耐压坑木，梯形断面平棚、亲口结合支护。临时支护采用4.0m长的10#槽钢，配合40T型圆环大链，用连接环加螺丝锚固，截割后及时窜入迎头空顶地段。棚梁、腿均为2.7m，巷道上净宽2.4m，下净宽3.4m，净高2.5m，掘进毛断面8.64m2，棚距0.7m，断面顶部铺设10#铁丝金属菱形网，长边搭接100mm，每300mm联一道，每一道为三扭一扣压辩式，勾盘“六、六、六”，严密牢固，严禁空帮空顶。地质条件为：2#煤平均煤厚6.8m，煤层结构简单，夹矸层数1—3层，稳定可采，夹石多为灰黑色页岩及泥岩，位于中上部，下部煤质好于中部。顶板为砂岩，底板为砂岩及砂质页岩；据邻近巷道观测，瓦斯绝对涌出量为0.51m3/min；据煤尘爆炸性试验，2#煤火焰长度为50—400mm，煤的自燃倾向性等级为易自燃—自燃，自然发火期3—6个月；煤层倾角最大为11度，最小为9度，平均10度，走向近似东西向，据掘进2217工作面回风巷时有一条落差大于3m的断层存在，在进风巷掘进时，这条断层已不存在，没有延伸到22111工作面内。 根据现有的技术资料，考虑2#煤较硬，为推广锚杆支护，也为提高我矿掘巷的机械化程度，借鉴焦家寨矿锚杆、锚索支护经验，对22111回风顺槽木支150m后进行锚杆支护。 二、支护设计方法 结合通风要求、综采设备安装要求和巷道围岩变形情况等，根据附近钻孔的柱状资料分析，2#煤顶煤直接顶为砂岩，厚度为5.0～7.0m，属较稳定岩层，适合锚网支护。为了将锚杆加固的“组合梁”悬吊于基本顶坚硬岩层中，需用高强锚索做辅助支护。根据公司焦家寨矿2#煤层回采巷道支护经验，初步确定22111回风顺槽采用矩形断面，掘进宽度3.4m，掘进高度2.6m，掘进毛断面积8.84m2，锚杆+网+锚索联合支护。顶部锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢，直径20mm，长度2.0m，排距0.8m，间距0.9m，四根锚杆均匀分布，两侧各留350mm间隙；巷道靠上帮一侧采用左旋无纵筋螺纹钢，直径18mm，长度1.7m，靠下帮一侧采用玻璃钢锚杆，直径18mm，长度1.7m，间距1.0m，排距0.8m，三根锚杆均匀分布，上下侧各留300mm间隙；巷道顶帮均采用钢筋托梁并铺设金属网；巷道顶板补打锚索φ15.24-6000，用3003300312mm钢托盘，间距1.5m，排距3.2m。 巷顶锚杆锚固力不小于70KN，预紧力矩不小于100N2m，帮锚杆锚固力不小于30KN，预紧力矩不小于60N2m，锚索预紧力不小于120KN，锚索锚固力不小于221KN。

2014年煤矿安全规程之锚杆支护工操作规程

2014年煤矿安全规程之锚杆支护工操作规程 2014年煤矿安全规程之锚杆支护工操作规程 一、上岗条件 第1条锚杆支护工必须掌握作业规程中规定的巷道断面、支护形式和支护技术参数和质量标准等;熟练使用作业工具，并能进行检查和保养。 二、安全规定 第2条在支护前和支护过程中要敲帮问顶，及时摘除危岩悬矸。 1、应由两名有经验的人员担任这项工作，一人敲帮问顶，一人观察顶板和退路。敲帮问顶人员应站在安全地点，观察人应站在找顶人的侧后面，并保证退路畅通。 2、敲帮问顶应从有完好支护的地点开始，由外向里，先顶部后两帮依次进行，敲帮问顶范围内严禁其他人员进入。 3、用长把工具敲帮问顶时，应防止煤矸顺杆而下伤人。 4、顶帮遇到大块断裂煤矸或煤矸离层时。应首先设置临时支护，保证安全后，再顺着裂隙、层理敲帮问顶，不得强挖硬刨。 第3条严禁空顶作业，临时支护要紧跟工作面，其支护形式、规格、使用方法必需在作业规程中规定。放炮前最大空顶距不大于锚杆排距，放炮后最大空顶距不大于锚杆排距+循环进度。 第4条煤巷两帮打锚杆前用手镐刷至硬煤，并保持煤帮平整。 第5条严禁使用不符合规定的支护材料： 1、不符合作业规程规定的锚杆和配套材料及严重锈蚀、变形、弯曲、

径缩的锚杆杆体。 2、过期失效、凝结的锚固剂。 3、网格偏大、强度偏低、变形严重的金属网。 第6条锚杆眼的直径、间距、排距、深度、方向(与岩面的夹角)等，必须符合作业规程规定。 1、使用全螺纹钢等强锚杆，锚孔深度应保证锚杆外露长度30～50毫米。 2、巷帮使用管缝式锚杆时，锚杆眼深度与锚杆长度相同。 3、对角度不符合要求的锚杆眼，严禁安装锚杆。 第7条安装锚杆时，必须使托盘(或托梁、钢带)紧贴岩面，未接触部分必须楔紧垫实，不得松动。 第8条锚杆支护巷道必须配备锚杆检测工具，锚杆安装后，对每根锚杆进行预紧力检测，不合格的锚杆要立即上紧;对锚杆锚固力进行抽查，不合格的锚杆必须重新补打。 第9条当工作面遇断层、构造时，必须补充专门措施，加强支护。 第10条要随打眼随安装锚杆。 第11条锚杆的安装顺序：应从顶部向两侧进行，两帮锚杆先安装上部、后安装下部。铺设、联接金属网时，铺设顺序、搭接及联接长度要符合作业规程的规定。铺网时要把网张紧。 第12条锚杆必须按规定作拉力试验。煤巷必须进行顶板离层监测，并用记录牌板显示。

煤矿锚杆支护操作规程

煤矿锚杆支护操作规程 一、主要危险源 1.支护不合格，控顶距离超过规定，“敲帮问顶”不规范，空顶作业。 2.人员站位不当，操作失误。 3.设备不完好，保护装置不齐全。 4.过断层破碎带、煤层松软区、地质构造变化带、地应力异常区、动压影响区等围岩支护条件复杂区域及其他特殊地点，未采取加强支护措施。 5.高空作业未使用保险绳。 6.进行锚杆拉力测试时，人员站位不当。 二、适用范围 第1条本操作规程适用于掘进工作面从事锚杆支护作业的人员。三、上岗条件 第2条上岗前必须经过专门技术培训，考试合格后，持证上岗。 第3条锚杆支护工必须熟知巷道断面尺寸、支护形式、支护技术参数和质量标准；了解钻眼机具的结构、性能，掌握其使用方法，并能进行保养和一般故障的处理。 四、安全规定 第4条作业前必须进行本岗位危险源辨识，作业时必须严格执行“手指口述”。 第5条钻眼操作执行本规程<掘进钻眼工>中有关规定。 第6条在工作过程中必须坚持“敲帮问顶”，及时清理危岩活石，在确

保顶帮安全的前提下方可作业。顶帮遇到大块断裂煤（矸）或煤（矸）离层时，应首先设置临时支护，保证安全后，再顺着裂隙、层理将断裂或离层煤（矸）清理掉，不得强挖硬刨。 第7条严禁空顶作业，临时支护必须紧跟迎头，其支护形式、规格、数量、使用方法、控顶距离必须严格执行作业规程规定。 第8条对于断层破碎带、煤层松软区、地质构造变化带、地应力异常区、动压影响区等围岩支护条件复杂区域及其他特殊地点，必须制定专门措施，采取加密锚杆、全长锚固、锚索加固、加点柱及架棚等加强支护措施。 第9条锚杆支护作业时，如遇顶板出现淋水或淋水加大、层理（节理）发育、突发性片帮掉渣、巷道不易成型、钻眼速度异常、放煤炮、顶底板及两帮移进量显著增加等情况时，应立即停止作业，立即撤出人员至安全地点，向调度室和队值班领导汇报。 第10条严禁使用不符合规定的支护材料 1.不符合《作业规程》规定的锚杆和配套材料及锈蚀、变形、弯曲、径缩的锚杆杆体。 2.过期失效、凝结的锚固剂。 3.网格偏大、强度偏低、变形、锈蚀的金属网。 第11条锚杆眼的直径、间距、排距、深度、方向（与岩面的夹角）等，必须符合《作业规程》规定。对不符合要求的锚杆眼，不得安装锚杆。 第12条锚杆要随钻眼随安装。安装锚杆前，应将锚杆孔壁冲洗干净，