煤巷圍巖控制與錨網(wǎng)支護技術(shù)的研究

杜建忠

摘要：煤巷是煤炭開采的重要脈絡(luò)，是保證煤礦安全生產(chǎn)和人身安全的重要通道，由于井下施工環(huán)境復(fù)雜，煤巷所處底層條件多樣，圍巖的性質(zhì)多變，因此研究煤巷圍巖控制技術(shù)具有重要的作用，而錨網(wǎng)支護技術(shù)作為有效的煤巷支護方式，其對煤巷圍巖具有強化作用，因此本文通過研究煤巷圍巖控制與錨網(wǎng)支護技術(shù)，提出優(yōu)化錨網(wǎng)支護技術(shù)在煤巷圍巖控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤巷 控制 錨網(wǎng)支護技術(shù)

煤巷圍巖容易受到采動影響后而發(fā)生變形，因此加強對煤巷安全的控制前提就是要提高煤巷圍巖結(jié)構(gòu)的支護能力，防止煤巷煤壁片幫及底撇的發(fā)生，而錨網(wǎng)支護技術(shù)是最為有效的一種煤巷支護方式，其對提高煤巷圍巖的強度具有顯著的作用，而且此種支護方式的成本也比較低，并且能夠提高煤巷斷面利用率，目前錨網(wǎng)支護技術(shù)已經(jīng)成為世界各國主要煤巷支護的方式，錨網(wǎng)支護技術(shù)在我國煤礦企業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用價值。

1 煤巷圍巖控制與錨固的原理

1.1 煤巷圍巖控制原理 煤巷圍巖控制原理（見圖1）主要是支護與圍巖相互作用的原理，因為煤巷屬于地下工程，其不同于一般的工程施工，由于巖體具有天然承載能力的功能，因此支護方式與巖體是相互融合的，也就是說通過支護實現(xiàn)加強煤礦開采空間的穩(wěn)定性，發(fā)揮巖體的承載能力的功能。煤巷圍巖控制原理可以分為主動支護和被動支護。主動支護就是通過支架對圍巖施加預(yù)先準備好的預(yù)應(yīng)力，比如錨桿、錨索的預(yù)緊力等，其主要是對圍巖進行加固處理；被動支護就是對圍巖不采取任何方式的預(yù)應(yīng)力，支架主要是對圍巖散體的荷重進行支護，比如巷道的鋼拱支架等，其不是對圍巖進行加固。

1.2 錨固理論 錨固理論主要是研究圍巖與錨固結(jié)構(gòu)的力學(xué)作用原理與關(guān)系的，通過錨固原理可以為煤巷圍巖控制支護提供技術(shù)支撐。關(guān)于錨固理論的說法目前具有十幾種，但是其存在都是依托假設(shè)理論而獲知的，因此錨固理論相對于實踐要落后很多。目前錨固理論主要有：懸吊理論、組合梁理論、最大水平應(yīng)力理論、圍巖松動圈理論以及組合拱壓縮拱理論等，這些理論具有不同的特點，懸吊理論是錨桿支護最早的理論，其適用于頂板上部有穩(wěn)定的巖層、下部存在松散的巖層條件下，但是其沒有考慮錨桿的抗剪能力以及對破碎巖層的整體強度的提高作用；組合梁理論則主要適用于層狀巖層，其主要是錨桿對巖層離層與滑動的約束作用；加固拱原理適用于軟巖巷道，其考慮了錨桿支護的整體作用。

2 錨網(wǎng)支護機理分析

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)專家對錨網(wǎng)支護前后巖體性能的變化研究，巖體在錨固后其強度、彈性模型等都有不同程度的提高，為了更好說明錨網(wǎng)支護后巖體的變化情況以圖2說明。

根據(jù)圖2可以將錨網(wǎng)支護機理概括為：①回采巷道巖體變形的規(guī)律在回采期的不同階段具有不同的特性，因此錨網(wǎng)支護在不同的受力階段也具有不同的特點。②錨網(wǎng)支護的作用就是防止圍巖碎石掉落，并且能夠擬制圍巖的松動和離層，降低巖層的彎曲造成穩(wěn)定性喪失，因此錨網(wǎng)支護安裝的時間要盡可能的早，保證支護效果的最大化。隨著巷道的不斷掘進，巷道圍巖的結(jié)構(gòu)受到采動的影響，圍巖的結(jié)構(gòu)破壞性會越來越大，而當錨桿伸入穩(wěn)定巖層中時，其主要是通過對破壞巖層與穩(wěn)定巖層的相連，防止破壞層垮落，進而提高破壞層的強度；而錨桿在不能進入穩(wěn)定巖層時，錨桿的作用就是發(fā)揮其提高巖層整體強度，在破壞巖層區(qū)域內(nèi)形成承載結(jié)構(gòu)，防止巖層的進一步被破壞和離層發(fā)生，并且能夠保證圍巖深部的應(yīng)力更加均勻。③煤層的強度相對于圍巖的強度要低很多，其受到采動的影響，回巷道煤幫容易發(fā)生擴容、松動以及擠出的變形現(xiàn)象，因此加強對回采巷道的支護非常關(guān)鍵，通過錨網(wǎng)支護可以提升煤幫的變形控制，如果錨桿支護再加鋼帶的話，支護的效果會更好。

3 錨網(wǎng)支護施工工藝及質(zhì)量標準

3.1 錨網(wǎng)支護施工方法以及工藝

3.1.1 巷道支護施工順序。巷道的支護順序是：首先在巷道實施挖掘后，要及時進行臨時支護，臨時支護應(yīng)該采取兩根鋼管作為前探梁，鋼管的厚要達到3.0英寸，長度要3.5米，然后通過螺帽和鋼圈懸吊在錨桿上，對巖層頂板進行支護，并且用剎桿將頂板背實，用于臨時支護；其次及時安裝巷道支護的其它裝置，比如錨桿、金屬網(wǎng)以及錨索等配合圍巖的支護，保證煤塊井下開采空間的穩(wěn)定性；最后要及時噴射混凝土，并且混凝土的噴射厚度要達到規(guī)定的要求。

3.1.2 臨時支架安裝方法。首先在對巷道進行通風(fēng)安全檢查后，操作人員站在永久支護下，用不小于2.5米的工具對頂、幫的煤進行干凈處理，然后操作人員迅速向前移動到前探梁要求的距離后，將金屬片等置于前探梁上，并且絞盡。一般情況下上前探梁的人數(shù)應(yīng)該為5人。其次在操作期間如果發(fā)現(xiàn)頂板的壓力過大，并且頂板存在聲響的話，應(yīng)該立即停止作業(yè)，并且施工人員要迅速撤出，帶頂板穩(wěn)定后，再由外向里加強柱帽支護后再施工。如果頂板存在嚴重的不平現(xiàn)象，巷道開口處沒有辦法使用前探梁的話，就必須要采用輕型的單體液壓支柱進行臨時支護。

3.2 安裝錨桿、鋼筋梁、金屬網(wǎng)及錨索施工方法

3.2.1 頂板錨桿支護工藝流程。首先操作人員站在臨時支護下方，按照鋼筋托鏈限定孔位，一般情況下先對中間的頂錨桿進行鉆眼，然后再進行其它部分的錨桿。頂錨桿的安裝順序為：鉆眼、清孔、在眼孔中注入樹脂藥卷、用擰上螺母的錨桿頭頂住樹脂藥卷放入鉆好的孔眼中、用攪拌機連接鉆研機錨桿尾部，并且用鉆眼機攪拌錨固劑，時間為20秒左右，然后停止攪拌，并且等待1分鐘后，用鉆機擰上螺母。其次安裝頂板錨桿。頂板錨桿的安裝順序應(yīng)該是先中間，后兩邊的順序，一般情況下，頂板錨桿鉆孔時先用短釬桿，然后再換長釬桿，鉆頭應(yīng)該采用φ28mm，在使用鉆孔機進行鉆孔前，要先將錨桿機升起，并且將鉆頭置于相應(yīng)的位置，以此保證鉆頭鉆孔的角度，保證鉆孔達到預(yù)定的孔深，在鉆孔完成后，要對孔眼的煤灰和泥漿進行清理。鉆孔之間的距離一定要符合錨桿安裝距離的要求，可以允許鉆孔的排距值大于或小于50mm，錨桿的施工要按照間距施工。

3.2.2 幫錨桿支護工藝流程。首先幫錨桿支護施工前，要先布置錨桿眼，利用有色筆在巖石表面確定鉆眼的位置，安裝幫錨桿的工藝同頂板錨桿的施工工藝基本相同，其在鉆眼時也是先確定鉆眼的角度，然后利用短釬桿套長釬桿的方式，進行幫錨桿支護的鉆眼；在完成上述工藝流程后，要向鉆孔注入相應(yīng)的樹脂藥卷，一般選擇Z2360中速藥卷，根據(jù)施工需要，如果巷道超過3米的話，必須要在旁邊進行錨桿支護施工。幫錨桿的重量要達到5噸，并且其預(yù)緊力要達到3噸，這樣才能保證巷道空間的安全。

3.2.3 錨索支護工藝流程。錨索支護工藝的安裝主要包括以下環(huán)節(jié)：①錨索安裝。首先錨索應(yīng)緊跟工作面安裝，嚴禁滯后。其次在錨索的鉆孔位置注入相應(yīng)的樹脂藥卷，注入藥卷的程序為：先注入一支超快速藥卷，然后注入兩支中速藥卷，并且將藥卷強推進鉆孔內(nèi)；錨索要利用專業(yè)攪拌機和錨索機進行鏈接，再攪拌開始階段，要控制攪拌的速度，避免過快，在錨索全部進入錨索孔后再加速，一般攪拌的時間為30秒左右，在攪拌完后，要最少等待1分鐘后，再拆除相應(yīng)的設(shè)備。最后攪拌結(jié)束半個小時后，再進行其它設(shè)備的安裝，保證預(yù)緊力達到10噸。②拆除設(shè)備必須要在各種設(shè)備停止運行的情況下進行，避免出現(xiàn)安全事故，同時攪拌機一定要插入鉆機底部，注藥時要有人護住鋼絞線，避免出現(xiàn)傷人事故。③如果施工的高度過高，需要搭設(shè)架時，一定要保證搭設(shè)架子的質(zhì)量，避免出現(xiàn)站在皮帶上錨索。

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