錨網(wǎng)支護技術(shù)在大斷面巷道施工中的應用

鄧維元

(西山煤電集團公司東曲礦)

山西焦煤西山煤電集團公司東曲礦，是一座年設(shè)計產(chǎn)量400萬 t 的現(xiàn)代化大型礦井，實行綜合機械化開采。隨著科技的進步，礦井機械化程度不斷提高，為確保采掘正常接替，現(xiàn)代采煤方法條件對巷道圍巖的控制提出了更高的要求，特別是大斷面巷道的支護質(zhì)量。因此，選擇合理的支護方式變得越來越迫切。傳統(tǒng)的棚式支護已滿足不了采掘機械化程度提高后的支護要求。因此，東曲礦根據(jù)2#煤的地質(zhì)條件及綜采設(shè)備技術(shù)要求，在對2#煤的12606工作面開掘皮帶順槽時采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護大斷面一次成巷的施工方法，取得了良好的效果。

1 地質(zhì)概況

12606工作面煤層為上組2#煤，煤層厚度為0.9～1.3 m，平均厚度1.1 m；煤層傾角1°～5°，平均3°，結(jié)構(gòu)簡單，屬穩(wěn)定性煤層。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 錨網(wǎng)支護原理

目前，較成熟的錨桿支護理論主要分為三大類：一是基于錨桿的懸吊作用而提出的懸吊、減跨理論等；二是基于錨桿的擠壓、加固作用提出的組合梁理論、組合拱理論以及楔固理論等；三是綜合錨桿的各種作用而提出的松動圈支護理論、錨固體強度強化理論、錨注理論、整體錨固結(jié)構(gòu)理論等。根據(jù)12606工作面所處的地質(zhì)條件，頂板錨桿支護范圍為直接頂和老頂范圍，應依據(jù)擠壓加固理論、懸吊理論和減跨理論，遵循使圍巖處于塑性穩(wěn)定狀態(tài)的支護原則進行設(shè)計；兩幫錨桿應在巷道兩側(cè)形成堅固的擠壓加固帶，依據(jù)擠壓加固和整體加固理論，遵循使圍巖處于松動穩(wěn)定狀態(tài)的支護原則進行設(shè)計[1]。

3 巷道斷面、錨網(wǎng)支護參數(shù)及材料的選擇

1) 巷道斷面。12606皮帶順槽斷面為矩形斷面，凈寬5.4 m，凈高2.5 m，凈斷面13.5 m2，皮帶順槽設(shè)計長度1 250.7 m。

2) 錨網(wǎng)支護參數(shù)及材料的選擇。工作面頂板采用左旋螺紋鋼錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。錨桿呈矩形布置，間排距850 mm×1 000 mm；鋼帶排距1 000 mm；錨索排距2 000 mm，錯步打設(shè)；兩幫采用左旋螺紋鋼錨桿加木托盤支護，上面一排幫錨桿距頂300 mm，下面一排幫錨桿距底1 200 mm，間排距1 000 mm×1 000 mm。(支護斷面圖，見圖1)。其材料規(guī)格、型號如下：

錨索：d17.8×L4 500 mm；錨索孔深：4 300±50 mm。左旋螺紋鋼錨桿：d20×L2 400 mm(壓制鐵托盤)；頂錨桿孔深：2 350±50 mm。樹脂藥卷： MSK2360型 (頂錨桿1卷、錨索1卷且在上)。MSZ2380型 (錨索1卷；頂幫錨桿各1卷)。左旋螺紋鋼錨桿：d20×L1 800 mm； 幫錨桿孔深：1 750±50 mm。

鋼帶：d14×L5 250 mm。木托盤：400 mm×200 mm×50 mm。菱形金屬網(wǎng)：1 200 mm×5 400 mm。

圖1 12606皮帶順槽斷面支護示意圖

4 錨網(wǎng)支護施工工藝及要求

4.1 錨網(wǎng)支護施工工序

割煤→錨桿鉆機打眼→ 聯(lián)網(wǎng)→安裝鋼帶→安裝錨桿→用錨桿鉆機扭緊螺母→打錨索眼→安裝錨索。

4.2 施工質(zhì)量、安全技術(shù)要求

1) 頂錨桿支護質(zhì)量、安全技術(shù)措施。

a) 掘進機割夠1 m后，必須進行永久支護。永久支護前，掘進機退離工作面至少5 m，放下截割臂并加蓋截割頭護罩，切斷機組電源進行閉鎖，司機要嚴守操作臺，防止他人誤啟動掘進機傷人。b) 永久支護前，首先進行敲幫問頂，及時清除活矸、危巖，檢查處理滾幫額頭等隱患，并檢查工作面5 m內(nèi)的錨桿是否合格，發(fā)現(xiàn)不合格的錨桿要重新補打，確認安全后，方可打眼。打眼前首先要按支護設(shè)計定好眼位，在鉆桿上作好標記，保證眼深符合安裝要求。c) 鉆機操作，嚴格按相應的錨桿鉆機操作規(guī)程進行。d) 錨桿呈矩形布置，間排距允許誤差±100 mm，頂角錨桿與頂板夾角≥75°,中間的錨桿垂直于頂板布置，外露長度托盤下30～50 mm。e) 打眼時，一定要保證供水充足，轉(zhuǎn)速均勻，嚴禁干打眼。1人操作錨桿機，1人上鉆桿，錨桿機轉(zhuǎn)動時嚴禁用手抓鉆桿；打眼期間，要有專人負責控制風、水管路閥門或液壓泵的電源，發(fā)現(xiàn)高壓膠管崩裂或鉆機氣腿或油缸不收時，要立即關(guān)閉閥門或切斷油泵電源，保證作業(yè)安全。f) 安裝錨桿前,由專人檢查錨桿眼孔的深度、位置、角度、方向是否符合設(shè)計要求。如有問題，必須重新打眼。g) 安裝錨桿時,首先在錨桿機上端及錨桿尾部套上攪拌連接裝置，然后由1人扶梯子，1人用錨桿桿體將2卷藥卷送入眼底,錨桿下端與鉆機連接好后，將梯子撤離，全部人員退到錨桿鉆機操作人后方，最后開動錨桿機，隨轉(zhuǎn)隨推進，將桿體迅速推到孔底，攪拌時間:10～25 s，等待時間：10～60 s。嚴禁在藥卷未送至孔底就開始攪拌。h) 攪拌結(jié)束后，將氣腿或油缸放下,錨桿的緊固必須使用力矩扳手使托盤及鋼帶貼緊巖面，錨桿的預緊力矩≥120 N·m，錨固力≥85 kN[1]。i) 嚴禁使用螺絲口損壞以及桿體彎曲的錨桿和變質(zhì)、破損的藥卷。j) 安裝錨桿時，頂角錨桿的托盤的吊裝眼必須緊靠煤幫一側(cè)，以利于管線的吊裝。k) 在打眼時，錨桿操作人員必須站在永久支護一側(cè)，嚴禁人員站在工作面?zhèn)炔僮?。l) 安裝錨桿前，首先將金屬網(wǎng)鋪上，然后再安裝，使錨桿托盤壓住金屬網(wǎng)。網(wǎng)片必須緊貼頂板巖面。m) 金屬網(wǎng)有效搭接長度不得小于100 mm，網(wǎng)片之間用雙股14#鍍鋅鐵絲每隔150 mm連接牢固，網(wǎng)扣至少擰3圈，并將剩余的鐵絲頭窩在網(wǎng)內(nèi)。

2) 錨索支護質(zhì)量、安全技術(shù)措施。

a) 錨索鉆孔采用續(xù)接鉆桿的方法進行操作，注意事項同錨桿鉆孔。b) 安裝錨索時，由4人配合，1人操作鉆機，1人扶梯子，1人裝藥卷，1人送錨索，將2卷藥卷輕輕送入眼底，然后將鋼絞線尾部放入專用攪拌連接器內(nèi)，開動錨桿鉆機隨攪拌隨推進至眼底，攪拌10～25 s后，停止攪拌，但繼續(xù)保持錨桿機的推力約10～60 s，方可放下氣腿或油缸。緊錨索鎖具用液壓千斤頂錨索機，預緊力不得低于100 kN，外露長度不得超過300 mm。c) 錨索安裝48 h后，如發(fā)現(xiàn)預緊力下降，必須及時補拉。d) 錨索的錨固力≥200 kN。張拉時發(fā)現(xiàn)錨固不合格的錨索，必須立即在其附近補打合格的錨索，或用張拉器將不合格的錨索拔出，然后用鉆機將原來的鉆孔清一遍，重新安裝錨索。

4.3 錨固質(zhì)量檢查及圍巖動態(tài)監(jiān)測

錨固質(zhì)量檢查的主要內(nèi)容有：錨桿預緊力檢查，錨固力的拉拔檢查、頂板離層動態(tài)監(jiān)測等。

1) 錨桿預緊力檢查工藝及數(shù)據(jù)分析。掘進施工過程中，安排專人平均每天用力矩示值扳手對所施工巷道的已有支護進行一次抽測，頂錨桿的預緊力矩≥120 N·m，錨索的錨固力≥200 kN，即為合格。如有失效必須及時恢復，如發(fā)現(xiàn)連續(xù)破斷錨桿3根及以上時，必須停止作業(yè)，撤出人員，進行處理。

2) 錨固力的拉拔檢查工藝及數(shù)據(jù)分析。采用全錨支護的巷道，在施工中對所施工巷道的已有支護每隔50 m或300根錨桿進行一組拉拔試驗，遇斷層、陷落柱及淋水地段必須逐根拉拔，并做好記錄，如有不合格的必須及時補打。

3) 頂板離層動態(tài)監(jiān)測工藝及數(shù)據(jù)分析。頂板離層動態(tài)監(jiān)測是利用頂板離層指示儀對頂板不同層位的下沉量進行監(jiān)測，以便隨時掌握頂板的穩(wěn)定狀態(tài)。巷道掘進永久支護為全錨支護時，隨時觀察掌握礦壓變化情況，在巷道開口處、交叉點及每向前掘進100 m，在巷道中心位置安裝一套頂板離層儀，并由技術(shù)員負責每周觀測一次，認真做好記錄，每月將記錄結(jié)果交生產(chǎn)科分析、存檔。頂板離層儀安裝示意圖見圖2。

說明：鉆孔頂部點1與刻度尺1相連， 中部點2與刻度尺2相連，點3與鉆孔下端相連，點2相對點1間巖層分離時，其位移量由刻度尺2下端點相對刻度尺1上面的刻度變化數(shù)值確定；點3相對點2間巖層分離時，其位移量由點3相對刻度尺2上面的刻度變化數(shù)據(jù)值確定。兩刻度尺上面數(shù)據(jù)值變化之和即為點3相對點1之間的位移量。

圖2 頂板離層儀安裝示意圖

5 使用效果

東曲礦在2#煤層12606工作面得到應用錨網(wǎng)支護技術(shù)，與以往的鋼棚支護相比有以下優(yōu)點：

1) 實現(xiàn)了由棚式“ 被動”支護向錨網(wǎng)“ 主動” 支護的轉(zhuǎn)變。巷道安全可靠程度明顯提高，降低了巷道的變形破壞程度，減小了巷道的維護量[2]。

2) 掘進輔助運輸工作量顯著減輕，職工的勞動強度明顯降低。

3) 巷道斷面利用率高。

4) 鋼帶網(wǎng)組合錨桿主要是借助于鋼帶將單體錨桿聯(lián)系在一起，形成整體支護結(jié)構(gòu)，均衡頂板各部分的受力和變形，它能有效地阻止節(jié)理、裂隙的張開、錯動及碎石的掉落，提高了頂板的完整性，鋼帶從不同的方向和部位幫助了錨桿懸吊、組合梁和楔固等作用的實現(xiàn)。

6 需注意的問題

錨桿網(wǎng)鋼帶聯(lián)合支護具有及時承載、預緊力大、支護效果好、勞動強度低、支護成本低、掘進速度較高和回采工作面端頭維護簡單等優(yōu)點。但采用該技術(shù)需要注意以下幾個問題：

1) 錨桿支護必須充分利用錨桿的預緊力，網(wǎng)及鋼帶必須緊貼巖壁，錨桿的鐵托盤必須緊貼網(wǎng)帶，螺絲必須上緊，如不上緊螺絲，錨桿無法起到加固梁和組合梁作用。

2) 根據(jù)巷道的特點，選擇合理的支護參數(shù)和支護形式，在支護參數(shù)上，可適當增大或減小錨桿的間排距。

3) 頂板錨桿不宜全部垂直于頂板方向布置，而將靠巷道兩幫的頂板錨桿改成向幫有一個傾斜角的布置，使錨固端超過兩幫非有效承載寬度，從而使錨固端受到兩幫的有效支撐。

4) 金屬網(wǎng)有效搭接長度不得小于100 mm，網(wǎng)片之間用雙股14#鍍鋅鐵絲每隔150 mm連接牢固，網(wǎng)扣至少擰3圈，并將剩余的鐵絲頭窩在網(wǎng)內(nèi)。

7 結(jié) 語

錨網(wǎng)鋼帶聯(lián)合支護在東曲礦12606大斷面施工中的推廣應用，證明了錨網(wǎng)鋼帶支護對提高大斷面巷道支護安全系數(shù)、減少巷道維修量、提高掘進速度、提高巷道利用率、確保采掘平衡、實現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效起到了非常重要的作用，同時為相同或類似地質(zhì)條件下的全煤巷道錨網(wǎng)支護提供了借鑒。

[1] 聶啟勝，賈俊明，王文兵.錨桿支護技術(shù)初探[J].煤，2005,14(1):46-48.

[2] 吉敦云.全煤巷道錨網(wǎng)支護在大陽煤礦的應用[J].成果應用，2007(5)：26-27.