郭咸
摘要：基于锚杆支护技术现状，结合锚杆支护的优缺点，分析“三径”匹配支护的原理及实践特点。锚杆支护在矿产采掘上的广泛应用，极大地改善了采掘工作面的作业环境、生产环境。
关键词：锚杆支护 “三径”匹配 实践研究
1 概述
锚杆支护是现在化煤矿生产的需要，随着锚杆支护在平煤股份二矿开拓区矿采掘上的广泛应用，极大地改善了采掘工作面的作业环境、生产环境，为高产高效二矿的发展创造了有利条件。
2 锚杆支护的优缺点
2.1 锚杆支护成本低。锚杆支护作为一种新型巷道支护形式，其材料成本和运输成本比传统支护形式少了很多。锚杆支护能够深入围岩岩体，不占用巷道断面，有助于节约支护成本。而且，这种新型支护方式安全稳定，不必过多地对巷道进行养护，这也有效缩减了支护成本。
2.2 锚杆支护作用迅速。锚杆支护所用支护材料比传统支护形式少很多，而且材料质量轻，便于运输，能够有效提高巷道掘进速度。除此之外，在回采施工阶段，锚杆支护施工难度小，在一定程度上精简了作业流程，工作量大大减少，巷道掘进效率大幅提升。从施工角度来分析，锚杆支护流程简单，掘进后可快速进入施工环节，而且围岩支护支持机械化作业，在一定程度上加快了施工进度，缩短了工期。
2.3 支护效果优秀。从锚杆支护机理来看，这种新型支护形式是基于岩石力学理论和围岩控制论衍生而来，是主动支护形式。从支护结构来分析，锚杆支护是借助岩体内部坚硬部分来加固松动的岩体，它是借助岩体本身的支撑力来架设支撑结构，其稳定性和安全系数要比其他支护方式更优越。
由此可见，锚杆支护形式不仅节省材料和成本，而且技术先进，工序简单，稳固性良好，因此可以作为一种经济高效的支护形式推大范围广应用。但是我们也应该了解，相比传统支护方式来说，锚杆支护造价要高一些，而且在设计上还有需要改进之处。因此，实现锚杆支护“三径”匹配，提高锚杆安装预紧力，保证锚杆支护质量和安全施工，对开掘工作面的施工，包括后续的采煤工作具有极其重要的意义。
3 锚杆支护技术现状
近几年来，该矿锚杆支护有了很快的发展，庚组所有的采掘工作面都是使用的锚杆支护，己组掘进三队己15-2070工作面前期顶板完整时采用的也是W钢带与锚杆联合支护，但由于对缺乏对锚杆支护“三径”技术的足够认识，钻孔直径、锚杆和药卷直径往往达不到最佳配合比，浪费了财力，支护质量也达不到预期。众所周知，在使用锚杆支护时，要提高锚固力，同时兼顾经济效益，就应该合理设计钻孔、锚杆和树脂卷直径的配置参数。实际施工过程中，作业人员通常根据技术经验来配置这些参数，严格来讲，这并不科学，一旦参数配置不当，还可能引发安全事故。
4 支护原理
锚杆支护是各种材质杆体的锚杆与树脂锚固剂配合进行巷道支护的锚杆支护技术。其原理是通过锚杆将以树脂胶泥为基础的胶粘剂和固化剂（二者完全分开）装进钻孔，然后借助锚杆的旋转和搅拌作用使两种黄雪物质充分混合，推入孔底，使锚固段锚杆在胶粘剂的作用下密切钻孔孔壁，提高孔壁强度，最后装设锚盘，旋紧螺母，支撑起岩体。
5 支护“三径”匹配原理
锚杆支护“三径匹配”是指钻孔直径、锚杆直径、树脂药卷直径。“三径”之间协调配合，能够保证树脂锚杆支护结构的支护效果达到设计要求。因此，确保“三径匹配”是保证树脂锚杆支护技术应用的首要、必备条件之一。本文以高强应力避峰锚杆MSGLW-500为例说明锚杆支护“三径”的匹配。MSGLW-500高强锚杆因具有高强度、高预应力、能应力避峰的优越性能，可有效约束高地应力、破碎、围岩的早期扩容变形，提高围岩的自承能力等优点在该矿采掘工作中得到了广泛应用，其它类型的锚杆与之类似。
5.1 钻孔直径的确定。现二矿用于开掘工作面锚杆支护使用的钻具钻头主要有28、30、32、34mm三种类型，主要应用的钻孔直径就是28、30、32、34mm三种，钻孔直径应主要根据锚杆直径、锚杆质量、钻孔成本和钻孔效率确定。
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图1是各类钻孔直径条件下直径为20mm的高强锚杆。钻孔直径在25～30mm之间时，孔径越大，锚杆锚固力越大。钻孔直径为30mm时，锚固力达到最大值。当钻孔直径大于32mm时，锚固力反而逐渐减小。借助试验我们可以进行如下分析：采用直径20mm的锚杆，必须保证钻孔直径达到30mm，才能获得最大锚固力。采用直径22mm的锚杆，则必须保证钻孔直径达到32mm，才会获得最大锚固力。由此可得出结论：锚固成本随着钻孔直径的增大而逐渐增加，并且，钻孔直径越大，所需时间越长。
钻孔直径越大，所暴露的缺点越严重。一般来讲，钻孔直径越大，钻孔所用工时和费用就会有一定程度的增加;而且无法保证树脂卷能够被锚杆快速刺破，混合剂也可能搅拌不充分，最终都会降低锚杆力。另外，钻孔越大，所需树脂药卷越多，施工成本越高。因此，综合比较之下，钻孔直径最好不要超过 32mm。
5.2 锚杆直径的确定。对于锚杆直径，目前该矿主要采用的锚杆是20、22mm两种直径的左旋无纵筋锚杆。锚杆的直径和长度并非越大越好，它们都有极限值。笔者结合数次实践所得结论，深入研究“三径”匹配模式，并由此形成一套合理的方案。锚杆的锚固力随着直径的增加而逐渐增大，支护所需成本也相应增加。遂借助试验作如下对比：钻孔直径取28mm，锚固长度和外部条件一致，以直径为18mm锚杆支护成本为基准，得出表1所示的其他直径锚杆支护成本增加的百分比，表2为锚固力增加的百分比。
表1 不同直径锚杆支护成本增加百分比（%）
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表2 不同直径锚杆锚固力增加百分比（%）
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将两个表格的数据进行比照后发现，锚固成本随着锚杆直径增大而呈现10%～15%的增幅，锚固力也呈现50%～110%的增幅。两个的增幅相差悬殊，后者的增幅比前者高出5～7倍。据此可知，适当增大锚杆直径能够取得一定的经济效果。但在实际作业过程中，还需要综合各类因素来确定杆体直径。比如，要考虑锚杆的支撑力，同时兼顾技术因素和经济因素。总的来说，就是在不影响锚杆支护能力的情况下尽量采用经济合理且技术可行的技术参数。因此，锚杆直径应该是18～22mm。
5.3 树脂药卷直径的确定。目前，二矿开掘工作面使用的树脂药卷主要有2335和2850两种，分为超快、快速、中速三类，就“三径”匹配来说，在不影响搅拌质量的情况下，尽量选择直径较大的树脂药卷。综合锚杆直径以及孔径科学匹配的研究结果及实践经验表明：若钻孔直径为28mm，建议使用无纵筋左旋锚杆，直径控制在20～22mm之间，并且使用直径23～25mm的树脂锚固剂。如果钻孔直径是28mm或32mm，则使用树脂药卷直径为23mm和28mm比较合适。
6 结论
①锚杆搅拌树脂药卷的均匀度以及装配锚杆时的顺利程度，主要取决于采用何种直径标准的锚杆。一般来说，要提高锚杆的锚固力，使其发挥良好的支护作用，最好将钻孔直径和锚杆直径之差控制在6～10mm之间。②锚杆支护成本及锚固力的大小主要取决于钻孔直径的大小。当锚固长度一定，采用直径越大的锚杆，其树脂药卷和支护费用都会相应增加。通常情况下，如果左旋无纵筋锚杆的直径为20mm或22mm，要考虑锚固力和经济效益，建议使用30mm的钻孔。③树脂锚固剂直径应比钻孔直径小4～8mm，并且尽可能方便安装，尤其是顶板安装锚杆时，另外树脂药卷的类型对于锚杆安装质量也起着至关重要的作用。④在全长或加长锚固时，采用较大直径的锚杆，其锚固成本基本不变。但是，如果锚杆直径从18mm增大到22mm，锚固强度会提高110%，同时也会相应增加15%的锚固成本。这就是说适当地加大锚杆直径，总的技术经济效益还是十分可观的。
参考文献：
[1]史鹏翔.巷道围岩与锚杆支护互馈作用研究[D].辽宁工程技术大学，2013.
[2]朱美君.锚杆支护“三径”匹配的研究[J].价值工程，2010（03）.
[3]钱茂春.煤巷锚杆支护技术应用研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（01）.
