基于大规模滑动型煤体顶板突出（煤突）的锚杆支护实验研究与工程应用

支撑地下的力量

在地下深处，煤矿并非静谧稳定之地。岩层会挤压并移动，有时隧道边的煤壁会突然向内猛冲，形成一种危险的剧烈位移，称为煤突。本研究考察了一类特殊的事件：大块煤体沿接触面整体滑入巷道，而顶板和底板几乎未受破坏。作者表明，金属锚杆在煤壁中的布置方式——尤其是其角度和粗细——可能决定着是发生剧烈坍塌，还是保持巷道稳定，并在一处矿井中实测验证了新的支护方案。

像地毯滑动一样的煤体

在这里研究的事故类型中，紧邻巷道的一整面煤壁可能会突然向前冲，堵塞通道，而不会压碎顶板或底板。已安装的锚杆和钢网表面上甚至可能看起来大体完好。问题出在煤体与围岩之间的隐蔽接触面：当应力积累并突然释放时，煤体会沿这条光滑面滑动，就像地毯在抛光地板上滑动一样。为保障矿工安全，支护系统需要增强该接触面并吸收部分释放的能量，而非仅仅试图把煤体钉死在原位。

实验室中的锚杆试验

为了解锚杆设计如何更好地抵抗这种滑动，研究者制作了一个钢制模型，模拟两块岩体及其间隙以代表煤—岩接触面。他们使用两种合金制成的金属杆作为锚杆，设定三种不同直径，并进行了受控拉拔试验。锚杆分别以相对于滑动方向的四个角度安装：30°、45°、60°和90°（垂直）。通过在试验机上拉开模型两半，研究者观察锚杆的破坏方式，并测量每种布置在断裂前能承受的力和吸收的能量。

为何角度与直径重要

实验显示出明确规律：当锚杆以30°或45°相对滑动方向布置时，锚杆多表现为拉伸并最终在拉断处断裂，类似拉线直至断裂的情形。这类布置下，锚杆承载力更高，断裂前吸收的能量也更大。在较陡的角度（60°和90°）下，锚杆更容易被滑动面剪切切断，表现为剪切型失稳，需要的作用力更小，储能也较低。在所有角度下，较粗的锚杆始终比细杆能承载更大荷载并吸收更多能量。在所有试验配置中，约45°布置的锚杆综合性能最佳，兼具有利的失效形式、较高的强度和良好的能量吸收能力。

从模型到矿井

研究团队随后将这些结论应用于中国孔庄煤矿的7305工作面——这是一个地应力强、已知存在煤突风险的深部工作面。回风巷作为重要的通风与通行通道，原先采用常规的顶板锚杆、侧锚杆、锚索和钢网组合支护。基于试验结果，工程师对锚杆布置进行了改进，使大量锚杆与煤—岩接触面交叉的角度不大于45°，并确保其锚固段深入坚实的顶板或底板岩体。这样在煤壁周围形成了一个三维笼式支护，增加了滑动面上的摩擦，分散了集中的应力，并在冲击时通过锚杆的拉伸来耗散能量，而非发生脆性断裂。

更安全的地下通道

该支护方案的现场应用明显减少了大规模煤体滑入巷道的情况，提升了巷道稳定性，同时未引入昂贵或复杂的新设备，成本变化也不大。对非专业读者来说，核心信息很直接：通过谨慎选择锚杆的直径，尤其是控制其与可能滑动面的交叉角度，矿山工程师可以将一个刚性且易失效的支护体系转变为更像减震器的体系。尽管该方法仍需针对其他类型的煤突做进一步验证，但它为深部煤矿的巷道安全性提供了一条切实可行的改进路径。

引用: Wang, C., Ma, S. Experimental study and engineering application of bolt support based on large-scale sliding coal bump in coal body. Sci Rep 16, 9766 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38743-w

关键词: 煤突, 锚杆, 巷道支护, 矿山安全, 耗能支护