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摘 要：近几年来，随着我国煤炭开采规模的不断扩大，开采深度的持续增加，冲击地压已经成为影响矿井安全的主要因素之一。基于此，本文章主要针对深部冲击地压巷道锚杆支护作用展开了充分的研究与实践，以便进一步降低煤矿开采过程中深部巷道冲击的危险性。
关键词：深部巷道;冲击地压;锚杆支护;作用;实践
中图分类号：TD324 文献标识码：A DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.035
现阶段，冲击地压不仅是多数煤矿企业在持续发展过程中所面临的问题之一，同时也会在一定程度上影响到煤矿企业的安全生产与健康发展。特别是井工矿未被开采之前，巷道的围岩均处于平衡状态，但当开采作业达到一定的深度与强度时，围巖的平衡状态就会被破坏，严重的情况下还会出现变形、断裂与垮落等多种现象，甚至还会引发瓦斯突出等严重事故灾害。为此，对现有的巷道支护方法进行优化，合理设置参数是十分有必要的。
一、影响冲击地压的主要因素
1.工作面回采深度
当煤矿开采的深度达到400m时，就极易发生冲击地压的风险。同时，随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压的危险性系数就会随之呈现出上升趋势。特别是当矿井开采深度达到600m～800m之间时，冲击地压的发生率就明显增加。
2.工作面残留煤柱
在工作面回采的过程中，残留煤柱的四周就会逐步形成孤岛工作面，并且会产生应力高度集中现象。在这种情况下，若要对邻近工作面进行开采，孤岛工作面的高集中应力就会受到一定程度上的干扰，干扰强烈时就极易发生冲击地压事故。
3.回采工作面顶板特性
随着工作面开采活动的持续进行，弹性势能就会在工作面坚硬顶板上部集聚。基于此，一旦坚硬顶板的悬顶长度超出岩体极限跨距，顶板就会出现周期来压的情况，此时积聚在坚硬顶板中的弹性势能就会被突然的释放出来，进而形成冲击地压。
二、深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究
1.锚杆支护深部冲击地压巷道原理
在具体的开采活动当中，巷道因受到深部冲击地压的影响，其周边煤岩体的弱结构面就会被破坏，甚至是发生垮落现象。在这种情况下，利用锚杆支护不仅可以有效避免巷道周围围岩在地冲压力的强烈干扰后回转失稳定，同时也能够防止其发生滑落失稳的情况。这主要是因为锚杆杆体是一个良好的承力构件[1]，具有一定的完整性，因此在杆体受到拉力与剪力作用的双重作用时，可以有效削弱冲击地压的干扰。
另外，在岩体内置入锚杆杆体，再使用螺母施加扭矩，就可以让拖板装置更加的贴合巷道表面。同时，利用托板装置与螺母还可以确保锚杆达到预先设定好的预紧力，并随着托板与巷道表面的紧密贴合来进行进一步的扩散。当锚杆杆体被螺母与托板装置固定好后，不仅可以防止巷道围岩体离层，同时也能够让围岩体内的结构面与裂隙更好的压紧闭合[2]。在此基础上，钢带与托板的连接，还可以进一步强化锚杆支护的整体性，扩大托板装置的面积，进而进一步提升锚杆的支护能力。最后，要想有效防止顶板围岩与巷帮发生垮落现象，就要将金属网铺设在巷道表面，以此来进一步增强巷道表面的稳定性。
2.基于损伤模型的锚固体冲击危险性分析
由锚杆体与煤体共用组成的锚固体，其极限抗拉强度可以得到最大程度上的提高，同时其抗冲击地压破坏的能力也会明显增强，进而有效控制煤岩体内的弱结构面[3]。在这种情况下，由锚杆与煤岩体共同构成的系统极限抗拉强度则为：A2μξE2ε/A1。其中，A1与A2分别锚杆支护的煤体面积与锚杆断面的横截面积，μ表示泊松比，ε表示煤体在冲击地压扰动情况所发生的纵向变形，E2则表示锚杆体的弹性模量。由此可知，锚杆的横截面积与弹性模量越大，锚杆的极限抗拉强度就越大。因此，在现场试验中，大多情况下都会选择大断面锚杆，以此来增加锚杆的抵抗力，更加准确的分析锚固体冲击的危险性[4]。
三、锚杆支护参数及效果监测
1.锚杆支护参数设计
要想大大提升巷道的稳定性与安全性，煤矿企业就要对当前所选用的巷道支护方式以及相关参数进行合理的优化与设计。其中，巷道支护参数通过优化后，具体情况如下：（1）巷道顶板要选择24号左旋无纵筋钢筋，锚杆之间的排距为900mm×900mm，锚杆锚固力设置为160kN，预紧力要≧160N·m。顶板锚索要选择直径为22mm的（使用1×21股冷轧钢绞线编制而成）锚索，其长度为6300mm，锚索之间的排距为2700mm×1800mm，锚索预紧力要≧245kN。巷帮要选用锚杆22号左旋无纵筋钢筋，其长度为2.4m，锚杆之间的排距为900mm×900mm，预紧力≧300N·m，锚杆锚固力设置为160kN，底角的锚杆要向下呈25°施工[5]。巷帮锚索要选择由1×19股冷轧钢绞线编制而成的锚索，长度为4300mm，排距设置为1800mm，锚索预紧力≧210kN。
2.现场支护效果监测
对锚杆支护参数进行优化设计后，要对巷道变形量与矿压进行监测，监测数据显示，该工程巷道两帮移近速度为15mm/d，而底鼓速度与顶板下沉速度分别为5mm/d、3mm/d。同时，据监测数据显示，巷道顶底板与两帮的最大移近量分别为500mm、420mm。其中，锚杆初期的受力相对较大，但随着开采作业的不断进行，锚杆的受力也越来越平稳，最大受力为180kN，锚索受力的波动范围则在170kN～390kN之间。
四、结语
综上所述，在当前背景下，煤矿企业要想早日实现健康可持续发展的发展目标，就要充分认识到深部巷道冲击地压的危险性，并要在此基础上对影响冲击地压的相关因素进行全面的分析，科学设计锚杆支护参数，以此来明显减少冲击地压对巷道所造成的不良影响，大大提升深部巷道的稳定性与安全性，推动我国煤矿企业的高效发展。
参考文献：
[1]吴琛.深部巷道锚杆支护失效机制及支护对策[J].当代化工研究，2020，（8）：33-34.
[2]王涛，漆寒冬，张德飞，等.考虑应变软化的超千米深井巷道锚杆支护机理研究[J].煤炭技术，2020，39（7）：18-20.
[3]张红武.锚杆配锚索交替支护技术在深部巷道支护中的应用[J].技术与市场，2020，27（7）：119-120.
[4]张帅义.基于锚杆强度深度优化的大断面巷道支护技术[J].当代化工研究，2020，（12）：104-105.
[5]袁兵.锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用探讨[J].百科论坛电子杂志，2020，（14）：1295.
（辽宁省阜新市清河门区经济转型服务中心 辽宁阜新 123006）
关键词：深部巷道;冲击地压;锚杆支护;作用;实践
中图分类号：TD324 文献标识码：A DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.035
现阶段，冲击地压不仅是多数煤矿企业在持续发展过程中所面临的问题之一，同时也会在一定程度上影响到煤矿企业的安全生产与健康发展。特别是井工矿未被开采之前，巷道的围岩均处于平衡状态，但当开采作业达到一定的深度与强度时，围巖的平衡状态就会被破坏，严重的情况下还会出现变形、断裂与垮落等多种现象，甚至还会引发瓦斯突出等严重事故灾害。为此，对现有的巷道支护方法进行优化，合理设置参数是十分有必要的。
一、影响冲击地压的主要因素
1.工作面回采深度
当煤矿开采的深度达到400m时，就极易发生冲击地压的风险。同时，随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压的危险性系数就会随之呈现出上升趋势。特别是当矿井开采深度达到600m～800m之间时，冲击地压的发生率就明显增加。
2.工作面残留煤柱
在工作面回采的过程中，残留煤柱的四周就会逐步形成孤岛工作面，并且会产生应力高度集中现象。在这种情况下，若要对邻近工作面进行开采，孤岛工作面的高集中应力就会受到一定程度上的干扰，干扰强烈时就极易发生冲击地压事故。
3.回采工作面顶板特性
随着工作面开采活动的持续进行，弹性势能就会在工作面坚硬顶板上部集聚。基于此，一旦坚硬顶板的悬顶长度超出岩体极限跨距，顶板就会出现周期来压的情况，此时积聚在坚硬顶板中的弹性势能就会被突然的释放出来，进而形成冲击地压。
二、深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究
1.锚杆支护深部冲击地压巷道原理
在具体的开采活动当中，巷道因受到深部冲击地压的影响，其周边煤岩体的弱结构面就会被破坏，甚至是发生垮落现象。在这种情况下，利用锚杆支护不仅可以有效避免巷道周围围岩在地冲压力的强烈干扰后回转失稳定，同时也能够防止其发生滑落失稳的情况。这主要是因为锚杆杆体是一个良好的承力构件[1]，具有一定的完整性，因此在杆体受到拉力与剪力作用的双重作用时，可以有效削弱冲击地压的干扰。
另外，在岩体内置入锚杆杆体，再使用螺母施加扭矩，就可以让拖板装置更加的贴合巷道表面。同时，利用托板装置与螺母还可以确保锚杆达到预先设定好的预紧力，并随着托板与巷道表面的紧密贴合来进行进一步的扩散。当锚杆杆体被螺母与托板装置固定好后，不仅可以防止巷道围岩体离层，同时也能够让围岩体内的结构面与裂隙更好的压紧闭合[2]。在此基础上，钢带与托板的连接，还可以进一步强化锚杆支护的整体性，扩大托板装置的面积，进而进一步提升锚杆的支护能力。最后，要想有效防止顶板围岩与巷帮发生垮落现象，就要将金属网铺设在巷道表面，以此来进一步增强巷道表面的稳定性。
2.基于损伤模型的锚固体冲击危险性分析
由锚杆体与煤体共用组成的锚固体，其极限抗拉强度可以得到最大程度上的提高，同时其抗冲击地压破坏的能力也会明显增强，进而有效控制煤岩体内的弱结构面[3]。在这种情况下，由锚杆与煤岩体共同构成的系统极限抗拉强度则为：A2μξE2ε/A1。其中，A1与A2分别锚杆支护的煤体面积与锚杆断面的横截面积，μ表示泊松比，ε表示煤体在冲击地压扰动情况所发生的纵向变形，E2则表示锚杆体的弹性模量。由此可知，锚杆的横截面积与弹性模量越大，锚杆的极限抗拉强度就越大。因此，在现场试验中，大多情况下都会选择大断面锚杆，以此来增加锚杆的抵抗力，更加准确的分析锚固体冲击的危险性[4]。
三、锚杆支护参数及效果监测
1.锚杆支护参数设计
要想大大提升巷道的稳定性与安全性，煤矿企业就要对当前所选用的巷道支护方式以及相关参数进行合理的优化与设计。其中，巷道支护参数通过优化后，具体情况如下：（1）巷道顶板要选择24号左旋无纵筋钢筋，锚杆之间的排距为900mm×900mm，锚杆锚固力设置为160kN，预紧力要≧160N·m。顶板锚索要选择直径为22mm的（使用1×21股冷轧钢绞线编制而成）锚索，其长度为6300mm，锚索之间的排距为2700mm×1800mm，锚索预紧力要≧245kN。巷帮要选用锚杆22号左旋无纵筋钢筋，其长度为2.4m，锚杆之间的排距为900mm×900mm，预紧力≧300N·m，锚杆锚固力设置为160kN，底角的锚杆要向下呈25°施工[5]。巷帮锚索要选择由1×19股冷轧钢绞线编制而成的锚索，长度为4300mm，排距设置为1800mm，锚索预紧力≧210kN。
2.现场支护效果监测
对锚杆支护参数进行优化设计后，要对巷道变形量与矿压进行监测，监测数据显示，该工程巷道两帮移近速度为15mm/d，而底鼓速度与顶板下沉速度分别为5mm/d、3mm/d。同时，据监测数据显示，巷道顶底板与两帮的最大移近量分别为500mm、420mm。其中，锚杆初期的受力相对较大，但随着开采作业的不断进行，锚杆的受力也越来越平稳，最大受力为180kN，锚索受力的波动范围则在170kN～390kN之间。
四、结语
综上所述，在当前背景下，煤矿企业要想早日实现健康可持续发展的发展目标，就要充分认识到深部巷道冲击地压的危险性，并要在此基础上对影响冲击地压的相关因素进行全面的分析，科学设计锚杆支护参数，以此来明显减少冲击地压对巷道所造成的不良影响，大大提升深部巷道的稳定性与安全性，推动我国煤矿企业的高效发展。
参考文献：
[1]吴琛.深部巷道锚杆支护失效机制及支护对策[J].当代化工研究，2020，（8）：33-34.
[2]王涛，漆寒冬，张德飞，等.考虑应变软化的超千米深井巷道锚杆支护机理研究[J].煤炭技术，2020，39（7）：18-20.
[3]张红武.锚杆配锚索交替支护技术在深部巷道支护中的应用[J].技术与市场，2020，27（7）：119-120.
[4]张帅义.基于锚杆强度深度优化的大断面巷道支护技术[J].当代化工研究，2020，（12）：104-105.
[5]袁兵.锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用探讨[J].百科论坛电子杂志，2020，（14）：1295.
（辽宁省阜新市清河门区经济转型服务中心 辽宁阜新 123006）