穿煤層巷道錨網(wǎng)索支護技術(shù)的應(yīng)用

楊 棟 陳泉建

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦，河南省平頂山市，467000）

平煤股份六礦屬平煤集團大型骨干礦井，礦井開拓方式為分水平上下山盤區(qū)式開拓，主要開采丁5-6、戊8和戊9-10煤層。戊8和戊9-10煤層間距在2～10m，上下山車場采用聯(lián)合布置，施工石門時經(jīng)常要穿煤層托煤施工。因煤層自穩(wěn)性差、易脫落，通常采用的是U 型鋼可縮性拱形支架或錨噴+U 型鋼可縮性拱形支架聯(lián)合支護方式，但U 型鋼可縮性拱形支架支護屬于被動支護，存在支護成本高、工人勞動強度大、施工速度慢、易變形、巷道返修困難等缺點。近幾年，在巷道支護上堅持能打錨桿就不架棚子的理念，在穿煤層施工時，對傳統(tǒng)的架棚支護進行反復(fù)論證、創(chuàng)新改進，在-440m大巷、戊8-22250 及戊9-10-22160 機巷聯(lián)絡(luò)巷等工程中采取了錨網(wǎng)索聯(lián)合支護技術(shù)，在實踐中取得了良好的支護效果和經(jīng)濟效益。本文以戊9-10-22160機巷聯(lián)絡(luò)巷為例，對穿煤層托頂煤錨網(wǎng)支護方案進行闡述。

1 工程概況

戊9-10-22160機巷聯(lián)絡(luò)巷設(shè)計長度67m，自戊8煤層中開口穿過戊8煤層、戊9煤層最終沿戊10煤層頂板施工，戊8煤層厚2.3m，煤層傾角13°，戊8煤層與戊9煤層間距4.5m，戊9煤層厚0.3m，戊9與戊10煤層間距為0.5m，戊10煤層厚3m。巷道掘進過程中有3條斷層，頂板完整性差，圍巖破碎。巷道設(shè)計斷面尺寸 （寬×高）為4.3 m×3.5 m。巷道平面布置圖見圖1。

圖1 巷道布置圖

2 支護原理

以錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式代替架棚支護，主要以懸吊理論及組合拱理論為設(shè)計依據(jù)。懸吊理論認為錨桿支護的作用就是將巷道頂板較軟巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以增強軟巖層的穩(wěn)定性，對于平煤六礦的軟巖巷道，圍巖松動圈達2 m 以上，施工錨桿的長度受到多方面的制約，無法錨固在穩(wěn)定的巖層里，錨桿的懸吊作用實際上往往難以實現(xiàn)。但同時又根據(jù)組合拱理論認為在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中，安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時，在桿體兩端將形成錐形的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個錨桿形成一個均勻的壓縮帶，可以承受其上部破碎巖石施加的徑向載荷。錨網(wǎng)索支護屬于主動支護。錨桿可以增強下部圍巖體的整體穩(wěn)定性，穿煤層巷道支護的重點之一就是根據(jù)不同的頂板狀況，合理選取不同的錨桿支護參數(shù)，形成良好的支護效果。錨索的作用主要是以懸吊為主，通過外端固定于巷道表面，另一端固定在穩(wěn)定的巖體中，錨索的桿體較長，可以很好地錨固松動圈內(nèi)煤巖體，同時錨索的預(yù)應(yīng)力鋼絞線可增大錨索的抗滑摩擦阻力，使結(jié)構(gòu)面處于壓緊狀態(tài)，提高錨固范圍內(nèi)煤巖體的整體性和穩(wěn)定性，從而改善煤巖體的力學(xué)性能，有效控制巷道變形，達到支護目的。在軟弱巖 （煤）體中，通過采取加密錨桿、增加錨桿長度，提高錨桿預(yù)緊力等形式增加加固拱的厚度和承載力，同時增大錨索托盤尺寸，使受力面增大進而提高錨索的支護強度，做到強力護表。

如圖1 （b）所示在聯(lián)絡(luò)巷掘進至Ⅱ-Ⅲ段過程中，巷道高度逐漸增高，隨著高跨比的增加，兩幫移近量隨巷道高跨比的增加而增加，但頂?shù)装逡平繀s隨巷道高跨比的增加而減小，且矩形巷道的最佳高跨比宜為0.7 左右。在聯(lián)絡(luò)巷超高段高跨比達到1.2，兩幫位移量將明顯變大，巷道易失穩(wěn)，需加強兩幫支護。

3 穿煤層聯(lián)絡(luò)巷方案設(shè)計

戊9-10-22160機巷聯(lián)絡(luò)巷所穿巖層情況復(fù)雜，巷道自戊8-22160 機巷開口沿戊8煤層頂板施工，施工過程中遭遇3條斷層，煤層紊亂，頂板破碎。然后穿過戊8煤層、戊9煤層，最后沿戊10煤層頂板施工，根據(jù)聯(lián)絡(luò)巷掘進過程中巷道頂板遇到的地質(zhì)條件不同，可將聯(lián)絡(luò)巷分為沿戊8煤層頂板掘進段、超高段、托頂煤段3種情況分別設(shè)計支護方案，聯(lián)絡(luò)巷3段分別對應(yīng)圖1 （b）中Ⅰ-Ⅱ段、Ⅱ-Ⅲ段、Ⅲ-Ⅳ段。

3.1 沿戊8煤層頂板段支護方案設(shè)計

聯(lián)絡(luò)巷自戊8煤層開口沿煤層頂板掘進，即圖1 （b）中開口位置Ⅰ-Ⅱ段。該段戊8煤層頂板相對穩(wěn)定，頂板為堅硬巖石，可根據(jù)懸吊理論計算錨桿參數(shù)，計算得出頂板錨桿采用?22 mm×2400mm的左旋無縱筋螺紋鋼高強錨桿，錨桿間排距700 mm×800 mm；兩幫錨桿采用?20 mm×2200mm等強錨桿，錨桿間排距800 mm×800 mm；樹脂錨固劑選用MSCK2335 型超快樹脂藥卷，錨桿托板采用?150 mm×14 mm 壓制成形的蝶形鋼板；錨索采用?17.8mm×8000mm 的鋼絞線錨索，外露部分在150～250 mm 之間，錨索間排距1400mm×2400 mm，錨索托盤為?240 mm×14mm 圓形軋制鋼板；金屬網(wǎng)采用直徑為3.8 mm 冷拔絲制成的單層金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為3.0 m×1.0m （長×寬），網(wǎng)格尺寸50mm×50mm，網(wǎng)與網(wǎng)搭接不低于100mm，且每隔200mm 采用14＃鐵絲相互扭結(jié)牢固。

3.2 聯(lián)絡(luò)巷超高段支護方案設(shè)計

聯(lián)絡(luò)巷超高段即圖1 （b）中的Ⅱ-Ⅲ段，這一段頂板沿戊8煤層掘進，而底板則保持水平掘進，由于戊8煤層傾角13°，聯(lián)絡(luò)巷在向前施工中頂板逐漸上抬，底板保持水平，此時巷道高度逐漸增加，最高處高度達到5 m （設(shè)計高度僅為3.5 m），巷道超高，幫體易變形。此段巷道沿戊8 煤層頂板掘進，頂板支護參數(shù)不變。由于巷道超高，需加強聯(lián)絡(luò)巷兩幫支護強度和剛度提高巷道自穩(wěn)性。聯(lián)絡(luò)巷幫體上部為煤，下部為巖石，采取豎向打設(shè)錨索梁以固定幫體煤與巖石，增加兩幫整體強度，從而達到加強支護的目的，錨索梁采用U29型鋼梁加工而成，排距為1.4 m。同時將幫錨桿間排距縮至700mm×700mm。該段巷道支護參數(shù)見圖2。

圖2 1-1斷面支護圖

3.3 穿煤段支護方案設(shè)計

穿煤段為圖1 （b）中Ⅲ-Ⅳ段，在穿煤層過程中，戊10煤層與戊8煤層間距為5.3m，聯(lián)絡(luò)巷需穿過戊8煤層，并將戊8煤層托在頂板以上，此段可稱為托煤段。由于戊8煤層、戊8煤層下部和戊9煤層為軟弱巖層，頂板穩(wěn)定性差，抗壓強度低，若仍使用長度為2400mm 的高強錨桿，錨固端錨在煤或軟巖中，懸吊理論已不再適用，應(yīng)按加固拱原理選取支護參數(shù)，經(jīng)計算需采取加長錨桿、加密錨桿錨索方案確保支護有效。頂錨桿采用?22 mm×2600 mm 錨桿全長錨固，頂錨桿間排距改為700mm×700 mm，幫錨桿間排距為700 mm×700mm。金屬網(wǎng)改用雙層金屬網(wǎng)，錨索間排距縮小為1400mm×1400mm，根據(jù)以往巷道支護情況分析和該巷的服務(wù)年限，錨索托盤采用300mm×300mm×14mm 的方形鋼制托盤。

4 技術(shù)關(guān)鍵

（1）施工過程中要及時探明頂板以上煤層賦存狀況，準(zhǔn)確掌握巷道圍巖性質(zhì)、煤層厚度穩(wěn)定巖層位置等地質(zhì)情況。

（2）根據(jù)頂板巖性及上部煤層間距與煤厚，合理選擇支護參數(shù)。當(dāng)頂板使用的普通高強錨桿錨固端錨在煤或軟巖中時，應(yīng)及時增大錨桿長度，將錨桿更換成更長的高強錨桿，同時縮小錨桿、錨索的間排距。

（3）在放頂煤施工段巷道超高段 （大于4.0m）采取打設(shè)幫錨索梁措施，有效控制巷道兩幫變形；為確保錨桿支護強度，使用大力矩扳手提高錨桿預(yù)緊力，使錨桿預(yù)緊力扭矩達到500N·m以上。使用規(guī)格尺寸更大的錨索托盤及雙層金屬網(wǎng)進行強力護表，提高巷道整體承壓能力。

5 支護效果

礦壓監(jiān)測分別在圖1 （b）中的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ位置處設(shè)置礦壓觀測點，頂板下沉量通過頂板離層儀進行觀測，兩幫位移量通過十字交叉測點測量。施工后經(jīng)約一個月時間的礦壓觀測，測點處圍巖變形曲線見圖3。從圖中可以看出，測點Ⅱ處頂板下沉量最大值為19.6mm，兩幫相對移近量為60mm；測點Ⅲ處頂板下沉量最大值為31 mm，兩幫相對移近量為66.5 mm；測點Ⅳ處頂板下沉量最大值為22.3mm，兩幫相對移近量為61.33mm。幫頂整體變形量較小，均在允許范圍內(nèi)，巷道支護效果良好。

圖3 巷道測點變形曲線

6 結(jié)語

在穿過煤層石門施工過程中，根據(jù)頂板煤巖層的厚度，合理調(diào)整錨桿、錨索的長度和密度等參數(shù)，可以采用錨網(wǎng)索方式進行支護，一改傳統(tǒng)的架棚支護，實現(xiàn)快速、高效、低成本掘進，并克服了傳統(tǒng)架棚被動支護易失修、 維修成本高、影響安全生產(chǎn)等缺點，極大地減輕工人的勞動強度，與U 形鋼可縮性拱形支架相比成本有了很大地降低，在同類型的巷道加固中具有很高的推廣價值。

［1］ 李銘.錨網(wǎng)噴、錨索聯(lián)合支護在深部礦井巷道中的應(yīng)用 ［J］.中國煤炭，2013 （3）

［2］ 王琦，李海燕，江貝等.深部厚頂煤巷道高預(yù)應(yīng)力錨索梁支護優(yōu)化技術(shù)研究［J］.中國煤炭，2012 （1）

［3］ 韋玉沛 .穿煤層、松軟巖層巷道及交岔點的錨網(wǎng)（索）噴聯(lián)合支護 ［J］.中國煤炭，2006 （7）

［4］ 高金標(biāo).錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護在穿煤層石門中的應(yīng)用 ［J］.山東煤炭科技，2009 （3）

［5］ 康紅普，王金華等.煤巷錨桿支護理論與成套技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007

［6］ 趙書卿，曲金春.偃龍礦區(qū) “三軟”煤層支護技術(shù)［J］.中州煤炭，2009 （8）

［7］ 于遠祥.矩形巷道圍巖變形破壞機理及在王村礦的應(yīng)用研究 ［D］.西安科技大學(xué)，2013