錨網(wǎng)索支護(hù)在山、野青二次采動下薄煤層巷道中的應(yīng)用

摘要：大力公司為峰峰集團(tuán)有限公司的一個衰老破產(chǎn)重組礦井，目前礦井所剩儲量極為有限，現(xiàn)正在進(jìn)行大巷煤柱及邊角殘煤的回收，礦井已處于停產(chǎn)閉井的邊緣。如何在有限的井田范圍內(nèi)尋找煤炭資源，延長礦井壽命，已成為大力公司急待考慮和解決的問題。

關(guān)鍵詞：錨網(wǎng)索支護(hù) 薄煤綜采

為了充分延長礦井壽命，我們選擇在礦井水文地質(zhì)條件較簡單，開采條件較好的-50～-125水平地區(qū)，利用現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，采用薄煤綜采技術(shù)，對山、野青采空區(qū)上覆一座薄煤層進(jìn)行復(fù)采。

1 基本概況

1.1 地質(zhì)情況

5309一座煤工作面溜子道地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較簡單，基本為單斜構(gòu)造。該區(qū)域煤巖層走向近似南北或北西，傾向為東或東北，傾角6～16°，平均11°，局部煤巖層傾角達(dá)18°。另外，由于該區(qū)域山野青煤層兩次采動破壞，在一座煤層將有可能形成新的小斷層，對掘進(jìn)施工有一定影響。

1.2 煤層及頂?shù)装鍘r性

該區(qū)域一座煤層直接頂板為深灰色沙質(zhì)頁巖，層理不清較致密，含有矽質(zhì)結(jié)核和鈣質(zhì)結(jié)核包裹體，厚度平均2.5m，易冒落；老頂為灰黑色粉砂巖及細(xì)砂巖互層，條帶明顯層理發(fā)育，厚度平均3.0m；一座煤層厚度平均0.7m，煤層結(jié)構(gòu)簡單無夾石，煤質(zhì)較好；底板為灰黑色細(xì)粉砂巖互層，層理發(fā)育灰黑色線紋，含有植物根部化石，厚度平均3.0m。受該區(qū)域山野青煤層兩次采動破壞，預(yù)計一座煤層及頂?shù)装鍘r層會出現(xiàn)不同程度的開裂和破碎現(xiàn)象，給掘進(jìn)施工頂板管理造成一定困難。

2 錨桿網(wǎng)錨索聯(lián)合支護(hù)設(shè)計

2.1 錨桿作用機(jī)理

錨桿作用機(jī)理有懸吊作用、組合梁（拱）作用、擠壓加固作用和減跨作用等。這幾種觀點(diǎn)都是以圍巖狀態(tài)和利用錨桿體受拉為前提來解釋錨桿支護(hù)的作用機(jī)理。

在錨桿與圍巖相互作用過程中，錨桿通過托板與錨頭對圍巖提供支護(hù)抗力，阻止破裂巖石產(chǎn)生有害變形（影響圍巖穩(wěn)定和工程使用的變形），使圍巖保持穩(wěn)定并將其變形限定在允許的范圍內(nèi)形成組合梁起到擠壓加固作用。

錨桿的工作應(yīng)力取決于圍巖松動圈的穩(wěn)定位置。結(jié)合圍巖與錨桿支護(hù)的客觀實際情況，考慮到錨桿與圍巖的相對不密貼性及錨桿桿體在應(yīng)力增加時的彈性變形，錨桿將在達(dá)到工作拉力前（既30～40KN）產(chǎn)生伸長，它將使圍巖松動圈的碎脹力得到部分釋放，這就是單體錨桿的受力狀態(tài)。當(dāng)采用錨桿支護(hù)時，錨桿受拉是由圍巖松動圈的發(fā)生和發(fā)展而引起的。

因此，頂部錨桿支護(hù)方式的選擇應(yīng)主要按組合梁擠壓加固作用來考慮，同時要求錨桿具備一定的抗剪強(qiáng)度來阻止層間滑移；此外，肩窩處的錨桿應(yīng)具備一定的安裝角度，目的是把頂板自承力結(jié)構(gòu)的主要支點(diǎn)盡量移向兩幫煤體的深部，避免肩窩處的煤幫應(yīng)力過分集中而被壓剪破壞；巷幫煤體以塊狀及片狀結(jié)構(gòu)為主，煤體沿傾向滑移是煤幫塑性變形的主要形式，錨桿的作用主要是提供軸向約束力；另外，兩幫煤體與頂、底板的接觸處應(yīng)力較為集中，幫錨桿同頂錨桿一樣也需要一定的安裝角度，目的是把錨桿端部深入到頂、底板的巖層中，起到類似于懸吊的作用。

2.2 錨索作用機(jī)理

錨桿支護(hù)的同時配以錨索補(bǔ)強(qiáng)加固。錨索采用直徑為17.8mm的有一定彎曲柔性的鋼絞線通過鉆孔錨固在圍巖深部，是對圍巖進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的一種手段。配合錨索進(jìn)行支護(hù)的加固范圍、支護(hù)強(qiáng)度、可靠性是單一錨桿支護(hù)所無法比擬的。

2.3 金屬網(wǎng)的作用

由于巷道頂板有開裂的地方，所以在錨桿錨索支護(hù)中加上金屬網(wǎng)，即使巷道局部有小的巖塊掉下，只能形成網(wǎng)兜，能保證頂板的完整，又保證過往的工作人員不受傷害。

2.4 巷道形狀及規(guī)格

巷道采用矩形或斜頂矩形斷面，掘進(jìn)工藝為炮掘，巷道規(guī)格為凈寬2.6m（掘?qū)?.8m），凈高2.0m（掘高2.1m）。

2.5 支護(hù)參數(shù)

按照《峰峰集團(tuán)有限公司煤巷樹脂錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》并結(jié)合該工作面實際情況確定：

頂錨桿間排距700mm，每排4根錨桿，靠近巷幫的頂錨桿與垂線成20°。幫錨桿間排距700mm，兩幫各布置3根錨桿，靠近頂板的巷幫錨桿與水平線成10°夾角，靠近底板的巷幫錨桿與水平線成15°夾角。

錨索試驗初期（采用φ17.8的鋼絞線）于巷中布置一排，間距2.1m。斷層破碎帶、交岔口及巷道超寬處的錨索布置可根據(jù)井下實際情況進(jìn)行確定。

2.6 支護(hù)材料

錨桿采用等強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿，錨桿規(guī)格為φ20×1800mm，錨桿配件采用120×120×8mm的穹形金屬托盤、半球墊、減磨尼龍墊片和M22快裝螺母（快裝螺母的破壞扭矩必須保證在130～160Nm之間）。用CK2350和Z2360樹脂錨固劑各1支加長錨固。并采用0.8×4.6m菱形金屬網(wǎng)（采用12#鉛絲編制），網(wǎng)孔40×40mm，配合φ14mm長度2.8m H形鋼筋梁維護(hù)巷道頂板。

兩幫采用φ18×1800mm等強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿，錨桿配件采用120×120×8mm金屬托盤、M20×25的加厚螺母，采用CK2350、Z2360樹脂錨固劑各1支加長錨固，兩幫煤體部分掛金屬網(wǎng)。當(dāng)錨桿與托板無法保持垂直狀態(tài)時也應(yīng)采用半球墊。

錨索加固采用φ17.8×6000mm鋼絞線和300×300×80mm木托板及200×200×16mm的鋼托板，用一支CK2350和二支Z2360樹脂錨固劑加長錨固。當(dāng)錨索與托板無法保持垂直狀態(tài)時也應(yīng)采用錨索專用半球墊及球墊座。

2.7 施工機(jī)具

巷道掘進(jìn)采用鉆爆法施工。選擇ZOS-50/300手持式氣動風(fēng)鉆和YJ-24型氣腿式風(fēng)錘打眼，ZYP-17型耙斗裝巖（煤）機(jī)裝罐，JD-11.4型或JD-25型調(diào)度絞車牽引MG1.1-6A型固定礦車運(yùn)輸。爆破工藝選擇“三小”光爆施工法，即打炮眼的鉆頭為φ32mm的柱齒形（或一字型），炸藥為φ27mm礦用乳化炸藥，爆破采用反向裝藥、其炮眼布置、裝藥量等參數(shù)施工區(qū)隊根據(jù)巷道斷面和圍巖性質(zhì)制定爆破圖表。

錨桿支護(hù)施工機(jī)具的選擇：頂板采用MQT-130C3型風(fēng)動錨桿機(jī)，φ27mm鉆頭，B19×0.9m和B19×1.8 m鉆桿打眼，并配合快裝器（應(yīng)與快裝系統(tǒng)相匹配）實現(xiàn)錨桿快速安裝和螺母的初步預(yù)緊，等一排錨桿施工結(jié)束時若錨桿的預(yù)緊扭矩達(dá)不到要求值時再采用BK42型風(fēng)動扳手二次預(yù)緊至要求值。煤幫用MQTB-60型風(fēng)動幫錨桿機(jī)打眼并安裝，φ27mm鉆頭，B19×1.8m鉆桿濕式打眼，BK42型風(fēng)動扳手預(yù)緊至要求值。錨索采用MQT-130C3型風(fēng)動錨桿機(jī)、φ27mm鉆頭、B19mm×6m組合鉆桿打眼，配合QI-19型錨索安裝器實現(xiàn)錨索快速安裝，利用錨索張拉泵完成預(yù)應(yīng)力緊固。

3 施工工藝和技術(shù)要求

3.1 施工工藝

頂板錨桿施工工藝流程：

掘進(jìn)→臨時支護(hù)→標(biāo)記頂板孔眼→鉆頂板中部錨桿孔→清孔→鋪金屬網(wǎng)→托上鋼筋梁→安裝樹脂藥卷和錨桿→用錨桿機(jī)攪拌藥卷至規(guī)定時間→停止攪拌并等待1分鐘→上緊螺母、再次預(yù)緊→安裝頂板兩側(cè)錨桿。

兩幫錨桿施工工藝流程：

鉆孔→清孔→鋪金屬網(wǎng)→安裝樹脂藥卷和錨桿→攪拌藥卷至規(guī)定時間→停止攪拌并等待1分鐘→上緊螺母、再次預(yù)緊。

3.2 技術(shù)要求

①頂錨桿預(yù)緊扭矩≥250NM，預(yù)緊力≥80KN，錨固力≥100KN；幫錨桿預(yù)緊扭矩≥200NM，預(yù)緊力≥40KN，錨固力≥80KN。

②錨桿孔深小于錨桿長度80mm，安裝螺母后外漏長度不大于50mm。

③錨索錨固力≥260KN，安裝鎖具后外漏長度不大于300mm。

④錨桿錨索間排距誤差不得超過設(shè)計值100mm。

⑤掘進(jìn)要求按設(shè)計尺寸施工，保證成形質(zhì)量。不得超挖或欠挖，巷道掘進(jìn)尺寸與設(shè)計尺寸相差不得超過200mm。

⑥臨時控頂距不得超過排距，掘進(jìn)一排后要及時安裝頂板錨桿，當(dāng)頂板破碎時應(yīng)適當(dāng)縮小間排距。

⑦錨桿鉆孔采用風(fēng)動錨桿機(jī)完成。先用0.9m短釬桿，后換1.8m長釬桿，采用直徑27mm鉆頭打眼。

⑧堅持隨時敲幫問頂，并使用好迎頭臨時支護(hù)，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。

⑨建立施工原始記錄臺帳和頂板巖性觀測記錄，實行動態(tài)管理。

4 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 社會安全效益

5309一座煤工作面風(fēng)道原使用工字鋼梯形棚子支護(hù)，鋼材及坑木消耗量大，施工安裝及回撤工字鋼棚子費(fèi)工費(fèi)時，工人體力消耗量大。5309一座煤工作面溜子道采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)后明顯減輕工人勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，減小了輔助運(yùn)輸工作量，有利于提高掘進(jìn)工效和減輕上下山輔助運(yùn)輸過程中的不安全因素，有利于礦井安全生產(chǎn)。

4.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)與礦用工字鋼支架相比，其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性突出表現(xiàn)在：

①錨桿支護(hù)是主動支護(hù)，能及時加固破碎有裂隙的圍巖減小松動時間，支護(hù)效果好，材料消耗低。

②錨桿支護(hù)動壓適應(yīng)性強(qiáng)，適用于受采動影響地區(qū)巷道掘進(jìn)施工。

③礦用工字鋼支架對巷幫頂板控制范圍小，板皮不能全斷面支護(hù)，圍巖松動較大，支護(hù)回撤后安裝單體液壓支柱其護(hù)幫能力更低。錨桿支護(hù)對巷幫支護(hù)效果好，能有效防止片幫現(xiàn)象。

④采用錨桿支護(hù)每米巷道所用成本為737元，工字鋼架棚支護(hù)每米巷道成本為1564元，并且錨桿支護(hù)較架棚支護(hù)還可減少巷道維護(hù)費(fèi)用及輔助運(yùn)輸工時費(fèi)。綜上所述，與工字鋼支架相比采用錨桿支護(hù)每米巷道直接費(fèi)用可減少827元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)束語

實踐證明，大力公司通過對山、野青二次采動下薄煤層巷道圍巖支護(hù)條件、錨桿支護(hù)機(jī)理的分析，合理選擇了錨桿支護(hù)方式和參數(shù)，收到了良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)、社會效益。