赵明亮
(山西焦煤汾西矿业集团高阳矿，山西 孝义 032306)
1 煤矿情况概述某煤矿综放面主采3下煤层，主要沿着煤层底板掘进，地面标高约为+35 m，巷道标高约为-220 m，巷道埋深为250 m。其煤层柱状图，如图1所示。
图1 煤层柱状图
通过分析地质资料可知，3下煤层沉积较为稳定，平均厚度为5.93 m，平均倾角为5°，煤层的抗压强度约为2 kPa。煤层整齐的力学性质较高，且强度较高，属于简单的煤层结构，中间为块状，粉砂岩，厚度约为3.2 m。煤层老顶为中砂岩，厚度约为14 m，属于高角度裂隙发育。煤层直接底为黏土岩，遇水易膨胀变软，厚度约在0.28 m～2.69 m。老底为粉细砂岩，厚度约为13.2 m。此煤矿3下煤层顶底板的具体岩石力学性质，如第170页表1所示。
2 锚杆支护原理及作用2.1 锚杆支护原理锚杆属于一种加固支护方式，主要被用于边坡、岩土深基坑等地表与隧道工程中，在制作杆柱时主要采用金属、聚合物或木件等材料，在地表岩体与周围岩体预先打好的孔中钻入，将围岩与稳定岩体结合在一起，从而产生补强、组合梁、悬吊等效果，达到有效支护的目的。锚杆支护方法成本较低、操作简便且占用施工净空较少。同时，其可以通过麻杆轴向作用力确保围岩应力状态由单向受压变为三向受压，在承受自身质量的同时也可以承受外部载荷，提升了环向抗压强度，有效控制了围岩的变形问题。
2.2 巷道支护中锚杆支护的作用组合梁理论、组合拱理论以及悬吊理论等均属于传统锚杆支护的理论基础，且这些理论针对了不同的围岩条件，设计简单，在综放回采工程中得到了广泛使用。但这些理论也存在一定的局限性，无法适用各种巷道条件。当前煤矿综放回采巷道中主要利用了三高一低支护理念，高可靠性、高强度、高刚度以及低支护密度。其具体作用机理如下。
一是锚杆支护主要确保围岩保持受压状态，避免围岩出现剪切、弯曲变形以及拉伸等问题，有效控制锚固区围岩滑动、离层、裂纹产生以及裂隙张开等变形破坏问题，最大限度的确保围岩的完整性，降低围岩强度，确保锚杆围岩的完整性，使围岩成为承载力主体[1]。同时，还可以在锚固区周围形成较大的承载结构，在改善围岩应力分布状态的同时阻止锚固外岩层发生离析问题，改善围岩应力状态。锚杆支护可以有效解决围岩弹性变形以及扩容变形等问题，对岩石弹性变形之前的塑性变形控制作用并不明显。二是锚杆支护刚度较为重要，预应力扩散直接决定着其刚度。对此，相关技术人员应根据实际的巷道条件确定合理的预应力，从而实现扩散支护。单根锚杆预应力作用有限，为了使预应力扩散至更远围岩中，必须安装金属网、钢带以及托板等构件。在巷道表面很小的支护力也可以有效抑制围岩变形问题，由此看出，预应力支护系统中的护表构件具备十分重要的作用。三是锚杆支护系统存在临界刚度，锚固区不产生离层与应力区所需的支护刚度。当支护刚度小于临界刚度时，围岩处于变形状态，不稳定；反之，支护刚度达到临界刚度时，可以有效抑制围岩变形问题，确保巷道长期属于稳定状态。由此看出，锚杆预应力受支护刚度的影响，当预应力达到一定数值后，锚杆受力不会产生明显变化，且可以有效抑制围岩变形问题。四是锚索具备两方面作用，一是可以连接锚杆支护预应力承载结构与深部围岩，提升了承载结构的稳定性，使其可以共同承担岩体；二是可以为锚索施加更大的预紧力，并与锚杆形成骨架网状结构，在主动支护围岩的基础上为围岩提供压应力，确保其完整性。五是可以提升锚杆与锚索的预应力，改善巷道支护效果。对于结构较为复杂的巷道，应使用强力锚杆与高预应力组合支护方法，通过一次性支护控制围岩变形问题，避免巷道维修。
表1 顶底板主要岩石力学性质
3 综放回采巷道锚杆支护关键技术根据煤矿综放回采巷道的结构特性，技术人员应针对回采巷道存在的锚杆支护问题采取有效解决措施。
3.1 合理确定锚杆预紧力在安装锚杆时需要施加一定的预紧力，从而确保锚杆成为主动型支护方式，在提升锚杆锚固效果的基础上，实现回采巷道锚固结构的高阻让压。结合当前煤矿回采巷道围岩条件、锚杆以及钻机等情况，技术人员应为锚杆施加10 kv～15 kv的预应力。
3.2 合理确定锚杆支护强度锚杆及其锚固范围内的围岩强度直接决定着锚杆与锚固范围围岩结构的稳定性，强度强化效果越大，巷道越稳定。由此看出，锚杆的支护强度决定着综放回采巷道的稳定性。由当前煤矿条件，综放回采巷道锚杆支护强度应保持在0.2 MPa，技术人员应通过加强支护措施与施加锚杆支护体系实现。
4 综放回采巷道锚杆支护方案4.1 锚杆支护设计方法在对此煤矿综放回采巷道锚固支护方案进行设计时应采用以计算机模拟为基础的锚杆支护体系，引用美国大型岩土计算程序有限差分软件完成计算，在模拟锚杆支护参数、支护条件以及掘进巷道变形问题的基础上，优选方案。将设计、施工、监测以及信息反馈最为系统工程，设计此煤矿综放回采巷道的锚固支护方案[2]。
4.2 锚杆支护方案计算数值并根据相关理论分析，技术人员明确综放回采巷道的锚杆支护方案。一是巷道应保持为矩形断面，沿空尺寸保持为：宽×高为4.6 m×3.0 m；实体尺寸：宽×高为4.2 m×2.9 m。二是沿空挖掘时窄煤柱尺寸为4.0 m。三是做好锚杆的布置工作，左帮/顶板/右帮=353。四是应选择高强度锚杆，使用无纵筋左旋全螺纹杆体，顶板尺寸为18 mm×2 400 mm；两帮为18 mm×2 000 mm。五是两帮锚杆与综放回采巷道应采用加长锚固方法，使用规格为Z2335的树脂药卷二卷，长度为700 mm。六是顶板应采用两排小孔径锚索实现加强支护，两排锚索距巷道两帮为800 mm。取长度为6.4 m的钢绞线，并配合使用配套的锁具、0.4 m长度的槽钢以及托板各一个，三支Z2335的树脂药卷锚固。应每四排锚杆安装一套锚索，保持间距为3.6 m。七是支护方面采用其他辅助措施，在顶板与巷道两帮铺设钢筋梯子梁与金属网。八是锚杆排距设计为900 mm。
5 煤矿综放回采巷道的支护效果在掘进煤矿综放回采工作面试，技术人员应确保围岩移近量保持在50 mm范围内。且采用两巷超前支撑压力的影响范围保持在40 m内，实际测量发现，实体煤矿巷道顶底板移近量最大为31.5 m，最大移近速度为12 mm/d，超前10 m范围内巷道出现明显变形。同时，巷道两帮最大移近量为35 mm，最大移近速度为14 mm/d。
在检测围岩实际压力情况时，技术人员应采用液压枕观测方法。实际测量可知，在掘进巷道时，煤矿巷道锚杆受力明显变小，保持在2 MPa～3 MPa之间。此时留窄煤柱巷道的两帮受力变大，锚杆受力较为明显。在实际掘进过程中，液压枕最大读数为9 MPa，平均读数在5 MPa～6 MPa。受采动因素的影响，液压枕的实际读数并未发生改变，但比较实体巷道，其变形较为严重，除此之外，受采动因素的影响，煤矿回采巷道不需要进行维修，这表明巷道锚杆的支护参数有效合理。
6 结语综放面回采巷道采用了高强度的螺纹钢树脂锚固锚杆，断面可以满足安全生产要求，且巷道无需维修，确保了综采面快速安全掘进，为实现煤矿高效开采创造了有利条件。由此看出，在煤矿综放回采过程中使用合理的锚杆支护方案，可以有效保证巷道的安全正常使用，降低了工人的劳动强度。
