收稿日期:2004-12-20
作者简介：朱玉生(1973-)，男，山东宁阳人，工程师,1995年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现在山东银光化
工股份有限公司从事采矿工程与爆破技术工作。
朱玉生，曹守虎
(山东银光化工股份有限公司，山东费县 273400)
摘 要：锚喷支护是一种适应性强的先进技术，不但用于矿山井巷工程，而且大量用于道
路、隧道及其它地下建筑工程，但也经常发生一些质量事故。论文在分析锚喷支护质量事故原因的基础上，从技术管理、技术人员业务素质和施工工艺等方面阐述了应采取的措施，特别提出了喷浆前先喷薄层水泥浆的工艺措施。 关键词：锚喷支护；支护质量；薄层水泥浆 中图分类号:TD352+15 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2005)0420025203
我国煤矿井巷工程已广泛应用锚喷支护，锚喷支护可分为锚杆支护、喷射混凝土支护、喷射混凝土与锚杆联合支护、喷射混凝土与锚杆及金属网联合支护四种类型。锚喷支护是一种适应性强的先进技术，不但用于矿山井巷工程，而且大量用于道路、隧道及其它地下建筑工程，既适用于中等稳定岩层，也适用于节理裂隙发育的松软破碎岩层，不仅可作为巷道的永久支护，而且可用于临时支护和处理冒顶事故。但也经常发生一些质量事故，例如冒顶、喷体开裂剥落、过大变形等，影响工程使用，甚至威胁施工人员的安全。因此，有必要分析产生质量事故的原因，总结应采取的相应措施，以此来提高锚喷支护质量，保证工程用途和人员安全。 锚喷支护作用原理是分析支护质量事故的理论基础。
111 锚杆支护作用原理
1)挤压加固作用：如图1所示，将锚杆沿拱形巷道周
边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥体压缩区彼此重叠联接，便在围岩中形成一个厚度为t 的均匀连续压缩带，即挤压加固拱。其不仅能保持自身的稳定，而且能够承受地压，阻止上部围岩的松动和变形。
图1 挤压加固作用示意图
2)组合作用：平顶巷道的层状顶板，可看作是以巷道
两帮为支点的叠合梁，如图2，如果安装上锚杆，叠合梁变成组合梁，层间摩擦阻力增加，不再发生离层错动，从而提高顶板岩层的承载力。
3)悬吊作用：如图3所示，锚杆将软弱岩层或围岩悬
吊于完整坚硬的岩体上，由锚杆承担其重量。
3 锚杆失效的预防
通过上述分析笔者认为，针对大雁二矿等类似条件的软岩煤巷锚杆支护，预防锚杆失效要做到:
1)对于不同的巷道断面及不同的围岩性质，在确定锚
杆参数时，要依据精确的理论计算，对支护参数予以修正，不可只凭经验，盲目给定，在锚杆支护的设计阶段就为锚杆失效埋下隐患。
2)对于受爆破、风化作用脱落，使锚杆体之间岩块破
碎垮落，降低围岩承载能力的情况，可采取在锚杆体之间增加锚带、锚索，或全断面增加金属网、混凝土喷层的办法，来提高围岩的整体承载能力。由于出现250区段28#层回风顺槽的严重支护问题，大雁二矿在后来360区段
30#层中间巷采用了锚喷支护，喷层为3～5cm ，在近8个
月的回采时间内，锚杆无失效，巷道基本无变形。
3)对于施工质量，要配套锚杆施工的监测检查手段,
提高员工操作技能，把误操作降到最低点，从而降低锚杆失效率。
(责任编辑 马光辉)
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图2
组合梁作用示意图
图3
悬吊作用示意图图4先喷水泥浆的作用示意图
112 喷射混凝土(喷浆)支护的作用原理
1)加固与防止风化作用：混凝土充填张开的节理裂
隙，提高岩体的粘结力和内摩擦角，提高围岩强度；同时封闭围岩，防止围岩的破坏与剥落。
2)改善围岩应力状态作用：混凝土将围岩表面的凹凸
不平处填平，消除因岩面不平引起的应力集中，并且使围岩由双向受力状态变成三向受力状态，提高围岩强度。
3)柔性支护结构作用：喷层和围岩共同变形产生一定
量的径向位移，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，使围岩的支承力得以充分发挥，同时变形过程中喷层受到压缩，产生越来越大的支护反力，抑制围岩产生过大的变形，防止围岩发生松动破碎。
4)组合拱作用：喷层抵抗围岩的局部破坏，防止个别
围岩活石的滑移或坠落，从而保持岩块间的联锁啮合作用，并与喷层构成共同承载的整体结构———组
合拱，保持围岩稳定。
2 锚喷质量事故原因分析及对策
产生锚喷质量事故的原因大致可以分为以下几类:①支护设计不合理，或地质条件改变后没有及时改变支护设计;②施工质量不合格;③采动动压影响及水文地质条件改变等。
211 支护设计问题及对策
由于锚杆支护设计理论尚不成熟，主要是根据经验公式和工程类比法来选择锚杆参数，因此相同条件下，由不同公式或不同专家计算出的锚杆参数可能相差很大。
例如，确定锚杆长度的经验公式
L =N (111+B/10)
(1)
式中 B ———巷道宽度;
N ———围岩稳定系数(稳定性较好的围岩取019，中
等稳定取110，稳定性较差取111，不稳定取
112)，但对同一围岩，不同的人可能会产生
不同的稳定性评价，从而N 的取值不同，计
算得出的L 也就不同。
又如，悬吊理论计算锚杆长的公式
L =KH +L 1+L 2
(2)
式中 K —安全系数;
L 1———锚杆锚入稳固岩层的深度;
L 2———锚杆外露长度;
H ———软弱岩层厚度，但软弱岩层是一个模糊的概
念，而且软弱岩层的厚度也不一定稳定，因此按同一H 计算出的L 不能适用于所有情况，当软弱层变厚时，则可能发生冒顶事故。
又如，计算喷层厚度公式
d =
W
u ・R L
(3)d =
b ・σi
r sin
α2R r
(4)
式中 u ———危岩与喷层接触面的周长;
R L ———喷射混凝土的计算抗拉强度; b ———为地压作用范围; R r ———喷射混凝土抗剪强度。
危岩重量W 和围岩对喷层的径向压力σi
r 都与围岩的
岩体结构有关，具有不确定性。
因此，对于这一类型的支护质量问题，结合作者近几年来的经验，认为应采取以下措施:
1)加强地质工作。每个施工区队应配备一名专职地质
技术员，每次放炮后、永久支护前，详细观察并记录巷道
(包括顶底板、两帮及迎头)的地质情况，及时填图，并结
合施工人员打眼情况，及时综合分析岩体结构，尽可能接近实际地判定围岩的稳定性、岩层变化和地质构造(包括节理、裂隙和断层等)，为支护设计提供依据。
2)支护设计人员应加强地质专业知识，经常深入现场
了解地质情况，并与地质工作人员进行充分的交流和讨论，搞清围岩的岩体结构，采取相应的支护原理与计算方法，得出较为合适的支护参数，并及时改变支护参数，使之与变化了的地质情况相符合。
3)加强培养或引进高水平的地质和采矿设计人员。以
上两条措施实际上是技术管理措施，具体体现在地质管理、设计管理和地质人员的业务能力上。这就需要较多的具有良好职业道德的地质和采矿人才，而这正是煤矿企业的弱点———招不到人才和留不住人才。因此，煤炭系统的各级领导应该反思自己的管理体制和用人机制，认真思考如何招到人才、留住人才，并用好人才。
4)受采动影响，顶板压力增大，超过了支护的设计承
受荷载，或围岩含水量增加，降低了围岩强度，导致支护破坏。对于这种情况，除可能的情况下巷道布置时避开采动影响区外，目前也只能是对采动可能影响区和水文地质条件可能变化区加强监测，随时采取各种加强支护措施。
212 施工质量问题及对策
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施工质量方面有巷道成型、锚杆角度、砂浆质量、施工工艺等许多问题，主要有以下几个方面的措施:
1)喷浆前先喷一薄层水泥浆或水泥砂浆(不加石子)。
如图4(a )所示，使水泥浆或砂浆高速射入张开裂隙，尽可能充分地充填围岩裂隙，产生石墙灰缝一样的粘结作用，从而提高岩体的粘结力c 和内摩擦角ф，提高围岩强度；同时封闭围岩，防止水和风化作用造成围岩的破坏与剥落。如图5所示,τ为抗剪强度,σ为原岩应力，混凝土喷入裂隙后，围岩强度曲线上移(虚直线)，同时喷体给围岩提供一个支护反力P i ，使围岩应力圆右移(虚半圆)，增加了应力圆与强度曲线的间距，围岩更趋稳定
。
图5 喷射混凝土的
补强作用示意图
图6 非均匀压缩带的形成示意图
先期喷射的水泥浆或水泥砂浆，还可以吸收围岩表面的岩粉，密切地与围岩接触，降低喷体剥落的可能性；同时混凝土随后高速喷射到水泥浆薄层上时，减少了回弹量，降低了粉尘量。否则，如果直接喷射混凝土，由于混凝土中的粗骨料(石子)堵在裂隙口处，降低了裂隙的充填程度，如图4(b )。这样在裂隙口处就会产生较大的应力集中，增加裂隙口处喷体首先破坏的可能性。
2)控制好锚杆角度，防止局部支承圈厚度变小。如图6中虚线所示，当锚杆角度不符合要求时，形成的压缩带
厚度是非均匀的，压缩带厚度较小的部位围岩强度小，且易产生应力集中，而遭到破坏；组合梁的高度达不到要求或者组合梁的高度不一致(图2)，局部高度变小，导致应力集中而破坏；锚杆深入不到上层坚硬或完整围岩中(图
3)，而起不到悬吊软弱层状顶板或围岩的作用。机械化施
工工作面，锚杆角度一般都可达到要求；锚杆角度达不到要求，主要是发生在人工风钻打锚杆眼的工作面，特别是顶部和肩部锚杆。而我国大部分锚喷支护工作面还是人工风钻打眼，所以应加强这方面的施工管理工作，使锚杆特别是顶部锚杆安装达到要求。
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)合理布置周边眼，实施光面爆破，控制好巷道成型，控制超挖量和爆破裂隙的过度扩展。要根据围岩情况，合理布置周边眼及其装药量，并尽量使用带狭缝的爆破管
(图7)，控制爆轰波的传播方向，控制超挖量和爆破裂隙
的扩展，提高围岩强度。否则，如果产生较大的不均匀超挖量，且喷体与围岩强度相差较大时，会产生应力集中现象，且不易保证均匀连续压缩区的形成，导致部分区域应力增加而被破坏；并且浪费喷体材料，增加矸石运输量。
图7 爆破管示意图
4)控制好混凝土质量和喷射质量，提高喷体强度。现
在大部分采用人工拌料，因此，混凝土的配合比难以保证，从而影响了喷体质量，可以通过加强管理和机械拌料的方
法来解决。喷射混凝土是一项技术性强的工作，每个掘进小组应培养至少2名喷射手，加强喷射工艺和职业道德培训，使他们熟练掌握和控制风压、水压、水灰比、喷射距
离和角度等参数，以及各种岩面的喷射顺序等，以提高喷体强度，提供给围岩一个较大的支承反力。
5)全断面一次成型巷道，尽量一次喷完全断面，包括
两墙脚。许多施工区队往往每个循环只喷顶板和两帮的上半部分，这样一来，下半部分墙体围岩风化程度加大，再加上受岩粉等因素的影响，接茬处的喷体易开裂甚至脱落。分台阶施工时，喷体接茬处应凿成毛茬，冲刷岩粉，以确保喷体良好粘结。
3 结 语
笔者结合近几年的工作经验讨论了锚喷支护产生质量问题的原因，以及应采取的措施，特别提出了加强技术管理、提高技术人员业务素质和喷浆前先喷一薄层水泥浆等工艺措施，希望能对煤矿管理人员、施工管理和技术人员的管理理念和业务素质有所帮助，提高矿井锚喷支护的质量，保证安全生产。参考文献:
[1] 中国矿业学院，等.井巷工程[M ].北京：煤炭工业出版
社,1989.
(责任编辑 马光辉)
※信息资讯 技术信息※ 工业型煤复合粘合剂获国家发明专利
一种适用于无烟粉煤、烟煤、煤泥、焦粉、兰炭粉及各种矿粉生产化肥造气、锅炉型煤、金属矿粉球团的工业型煤复合粘合剂技术，由开封市洁净煤化工研究所研制成功，日前获得国家发明专利。
该发明根据我国不同地区煤炭资源的特性研制而成，采用无机、有机化工原料，组成复合多元聚合物，使各种粉煤、矿粉生产的造气型煤、燃料型煤、矿粉球团达到工业应用要求。它很好的解决了我国目前型煤企业生产型煤因冷、热强度低，热稳定性差，灰熔点低，固定碳下降严重，易粉化，吸水潮解无防水性等问题而无法正常生产应用的难题。采用该发
明生产的复合粘合剂每吨成本350元左右，可加工8～12t 型煤或矿粉球团，而且强度高，耐高温(达1000℃
)不散不粉，防水防潮,24h 自然固化免烘干。经数十家型煤、化工、化肥企业应用，均取得了产业化示范的良好效果。[张红雨]
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