托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護技術(shù)應(yīng)用試驗

郝文科

（山西煤炭進出口集團左權(quán)宏遠煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

1 概述

煤巷錨桿支護技術(shù)是我國煤炭行業(yè)支護技術(shù)革新項目之一，經(jīng)過在生產(chǎn)過程中的推廣和應(yīng)用，已取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益，峰峰集團公司萬年礦在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖的回采巷道全部使用，均為摸大煤頂板施工。但是隨著輕型放頂煤采煤工藝的全面推廣，回采巷道全部由摸大煤頂板掘進改為摸大煤底板掘進，需托頂煤支護。萬年礦大煤平均煤厚4.5m，巷道掘進高度3.0m，巷道摸底掘進采用錨桿支護時需托頂煤厚度1.5m。大煤偽頂為碳質(zhì)頁巖，平均厚度500mm，直接頂為粉砂巖，平均厚度4m，老頂為中細砂巖，平均厚度14m。托頂煤錨桿支護時巷道頂板為復合頂板，錨桿難以錨固到穩(wěn)定巖層中，管理人員和廣大施工人員對托頂煤錨桿支護的可靠性均持懷疑態(tài)度，因此，萬年礦大煤巷道摸底掘進一直采用工字鋼梯形架棚支護或U鋼拱型可縮支架支護。但是這兩種支護形式均為被動支護形式，在采深越來越大，地壓影響越來越明顯的情況下，其支護效果越來越差，極易變形，需反復臥底整修，而且回采替茬困難，勞動強度大，綜合成本高，經(jīng)濟效益差，影響輕放回采工藝機械化性能的充分發(fā)揮；繼續(xù)采用大煤巷道摸頂錨桿支護，回采時上下兩巷處留三角煤，降低回采率，而且工作面坡度不一致，影響設(shè)備正常運行。為了改變上述狀況，我們進行了托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護應(yīng)用試驗。

托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護試驗的目的是摸索出一種符合萬年礦實際情況的托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護技術(shù)及支護參數(shù)，并且錨固性能可靠，能夠有效阻止圍巖變形，達到有效支護巷道的目的。根據(jù)這一要求，首先經(jīng)過設(shè)計計算，在加大保險系數(shù)的前提下進行支護試驗，并通過LBY－3型頂板離層儀和ZMC－ⅡA型錨桿測力計進行觀測分析，取得試驗觀測數(shù)據(jù)，試驗成功后再進行參數(shù)優(yōu)化，達到技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、支護可靠的目的。

2 試驗應(yīng)用設(shè)計

2.1 試驗巷道地質(zhì)狀況

我們在13230工作面上下兩巷和切眼進行了支護試驗。13230輕放工作面井下位于萬年礦二水平北二采區(qū)上部，工作面標高±0～－50m，試驗段巷道標高－45～－53m。地面標高＋222～＋225m之間。煤層平均厚4.5m，煤質(zhì)牌號為無煙煤，質(zhì)硬，煤層普氏堅固性系數(shù)f＝2～5，其單向抗壓強度15～25MPa之間，平均18.5MPa。偽頂為炭質(zhì)頁巖，厚300mm，層理發(fā)育，極易垮落；直接頂為粉砂巖，厚度2.0m，節(jié)理發(fā)育，f＝4～6，其抗壓強度為23.6～48.3MPa，根據(jù)原煤炭部下發(fā)《地質(zhì)條件分類細則》確定本區(qū)頂板為三類頂板。老頂為中細粒砂巖，厚度14m，灰白色，以石英、長石為主，裂隙發(fā)育，鈣質(zhì)膠結(jié)；直接底為粉砂巖，厚3.0m，其抗壓強度27.4～55.3MPa，平均46.2MPa。老底為細砂巖，6.3m厚。

2.2 巷道規(guī)格及支護參數(shù)

1）13230 工作面上下兩巷原采用工字鋼支護，摸底掘進 .上下兩巷鄰近切眼10m，和切眼全部采用錨（索）網(wǎng)梁支護，摸底掘進。

2）上下兩巷錨桿支護設(shè)計斷面為矩形斷面，其規(guī)格：凈寬×凈高＝3.0m×3.0m；切眼錨桿支護設(shè)計斷面為矩形斷面，其規(guī)格：凈寬×凈高＝5.0m×3.0m。

3）根據(jù)對該區(qū)圍巖分析，對圍巖進行分類。

煤層單軸抗壓強度σ煤＝15～25MPa之間，平均18.5MPa；直接頂單軸抗壓強度σ直接頂＝23.6～48.3MPa，平均35MPa；底板抗壓強度σ底板＝27.4～55.3MPa，平均46.2MPa；巷道埋深（平均）h＝280m。

根據(jù)上述條件，參照“錨桿支護煤層巷道圍巖穩(wěn)定性分類”之規(guī)定，本區(qū)巷道圍巖定為三類圍巖。

4）頂板錨桿支護設(shè)計。

根據(jù)懸吊理論和組合梁理論進行計算及以往施工經(jīng)驗和該區(qū)使用錨桿情況，結(jié)合本區(qū)巷道摸底掘進，巷道凈高3.0m，煤厚4.5m，托頂煤1.5m，偽頂厚300mm，直接頂厚度為2m，為保證施工安全，上下兩巷和切眼均選頂錨桿長度2.4m。錨桿錨固力取80kN。

經(jīng)公式計算，結(jié)合巷道規(guī)格上下兩巷和切眼頂錨桿間距，D取750mm，排距均取L0＝700mm。

選用高強度帶縱筋建筑螺紋鋼錨桿，材質(zhì)為20MnSi，直徑20mm，桿尾經(jīng)強化熱處理，桿前端螺紋滾絲而成，其屈服載荷為104.7kN，極限載荷為160kN。

經(jīng)公式計算錨固劑選用MSZ2360樹脂錨固劑一卷進行錨固。

5）錨索補強支護參數(shù)。

根據(jù)該工作面巷道地質(zhì)情況和實際揭露巷道圍巖完整穩(wěn)定。因此錨索長度選用為6m，錨索能夠錨固到老頂中2.0m左右。

錨索的間排距。經(jīng)計算上下兩巷取每排2根錨索，錨索順巷道平行布置兩列，距巷中500mm各一列，每排錨索間距1.0m，錨索排距1.4m；切眼取每排3根錨索，錨索順巷道平行布置三列，小規(guī)格掘進時打設(shè)兩列，擴大規(guī)格時再打設(shè)一列。錨索排距1.4m。錨索均交錯布置。

錨索的材料。錨索采用直徑15.24mm低松弛鋼絞線，其破斷載荷為260.7kN。

錨固劑。錨索設(shè)計錨固力260kN，錨固劑選用MSCK2360樹脂藥卷1卷、MSK2360樹脂藥卷1卷、MSZ2360樹脂藥卷1卷，根據(jù)經(jīng)驗錨固力可達260kN以上滿足設(shè)計要求。

6）其他支護材料。

托板：錨桿均配備直徑Φ120mm×10mm的A3鋼鑄件托板，角錨桿使用專用角托板。為了防止頂煤冒落，頂板鋪菱形金屬網(wǎng)。鋼筋梯子梁：采用Φ18A3鋼制作的鋼筋梯子梁支護頂板。錨索梁為2.4m長11號工字鋼。

2.3 巷道總體布置

巷道采用錨（索）網(wǎng)梁聯(lián)合支護，頂板錨桿為20MnSi帶縱筋建筑螺紋鋼錨桿，直徑20mm，長2 400mm，上下兩巷和切眼頂錨桿間距均為750mm，排距700mm。巷道兩幫采用脹套式可回收錨桿，直徑18mm，長1 800m，間距800mm，排距700mm。頂板鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)并使用梯子梁，兩幫鋪設(shè)塑料網(wǎng)。為加強巷道支護，上下兩巷及切眼小規(guī)格掘進時順巷道平行布置兩排錨索，距巷中500mm各一排，兩排錨索平行邁步式布置，錨索排距1 000mm，間距1 400mm；切眼擴大規(guī)格時順巷道再平行布置一排錨索，錨索間距1 400mm。錨索采用直徑15.24mm低松弛鋼絞線，錨索長度為6 000mm。下頁圖1所示為上下兩巷托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護斷面圖；下頁圖2為上下兩巷托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護平面圖。

切眼采用兩次施工，第一次采用凈寬3 000mm規(guī)格掘出，打兩列錨索，待巷道形成系統(tǒng)后工作面安裝前再擴為設(shè)計規(guī)格（凈寬5 000mm），擴大規(guī)格時再打設(shè)一排錨索。下頁圖3所示為切眼托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護斷面圖；下頁圖4為切眼托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護平面圖。

2.4 巷道監(jiān)測措施

煤巷錨（索）網(wǎng)梁支護從支護機理和參數(shù)計算上有其特性，因此必須進行巷道監(jiān)測，通過信息反饋優(yōu)化支護參數(shù)，并為以后煤巷錨桿支護提供依據(jù)：

圖1 上下兩巷托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護斷面圖（mm）

圖2 上下兩巷托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護平面圖（mm）

圖3 切眼托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護斷面圖（mm）

1）在切眼上下片口和切眼（切眼長35m）正中各安設(shè)一組測站，共三組測站，每組測站各安設(shè)一個LBY－3型頂板離層儀和一個ZMC－ⅡA型錨桿測力計進行觀測，頂板離層指示儀和托錨計交錯布置且安設(shè)在巷道頂板中央，其安設(shè)緊跟迎頭與錨桿施工同時進行。

2）錨（索）網(wǎng)梁支護頂板管理小組認真觀測頂板離層指示儀，密切注意觀察頂板及兩幫圍巖移動情況，當頂板位移達到30mm時，立即通知技術(shù)科，現(xiàn)場調(diào)查，采取縮小錨桿排距、加使棚子等加強支護辦法，達到50mm時，必須停止掘進，由外向里進行架棚支護，以里巷道不得有人。

圖4 切眼托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護平面圖（mm）

3）巷道每掘10～30m或打設(shè)150根錨桿必須進行一組（3根）錨桿拉拔試驗。拉拔加載至錨桿設(shè)計錨固力的90%。有一根不合格時再抽檢一組，若第一組抽檢有兩根（含兩根）以上或第二組抽檢仍達不到上述要求，要立即停止作業(yè)，查明原因及時采取措施。

4）抽樣一組（3個）螺母，采用扭矩扳手對螺母扭矩進行檢查，每個螺母的扭緊力矩應(yīng)不小于80N／m，若其中一個不符合要求，將扭矩不足的螺母擰緊即可，超過兩個時，須將本班安裝的螺母全部擰緊一遍。

3 施工時間及施工工程量

自2006年8月15日開始在230溜子道采用錨（索）網(wǎng)梁支護，到9月15日見斷層改為架棚支護，共施工31天，每天掘進3m，共施工巷道90m。

4 托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護礦壓觀測

實際施工中在13230切眼設(shè)了A、B 2個主要觀測站，分別用LBY－3型頂板離層儀觀測頂板離層情況（每個頂板離層儀安裝三基點，分別為2.4m深、6m深、8m深），ZMC－ⅡA型錨桿測力計觀測錨索實際承受力情況，觀測結(jié)果表明：從頂板離層儀及錨桿測力計觀測的結(jié)果來看，試驗巷道是穩(wěn)定的。支護效果是良好的，能夠滿足支護巷道要求；頂板離層位移較小，且表現(xiàn)為均勻性；試驗巷道掘進穩(wěn)定期為20天；托頂煤錨（索）網(wǎng)梁支護符合設(shè)計要求，能夠承受沒有斷層等地質(zhì)構(gòu)造情況下的托頂煤頂板應(yīng)力，支護參數(shù)有待于進一步優(yōu)化。

5 結(jié)語

錨（索）網(wǎng)梁支護能夠滿足正常情況下的托頂煤煤巷支護要求，技術(shù)可行，經(jīng)濟合理，社會效益顯著。但是也存在施工人員操作技術(shù)不夠熟練，施工進度不夠理想，遇見斷層等地質(zhì)弱化帶需要改變支護形式以確保安全，支護參數(shù)需要進一步進行優(yōu)化，盡最大可能降低支護成本等問題需要在今后的推廣應(yīng)用中予以關(guān)注。