綜采工作面回撤通道中錨網(wǎng)支護(hù)的運(yùn)用分析

摘 要：安全生產(chǎn)是煤礦開(kāi)采的重要要求，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，由于地質(zhì)特性、大型機(jī)電開(kāi)采設(shè)備使用等，都有可能造成圍巖變形、崩落等，不僅嚴(yán)重影響著煤礦開(kāi)采區(qū)的地質(zhì)情況，亦對(duì)安全生產(chǎn)產(chǎn)生一定的威脅。煤礦開(kāi)采過(guò)程中的綜采工作面回撤通過(guò)支護(hù)問(wèn)題不僅是限制煤礦安全生產(chǎn)的重要因素，亦影響著煤礦開(kāi)采巷道的掘進(jìn)以及工作面設(shè)備的回撤速度。該文就結(jié)合煤礦開(kāi)采過(guò)程中的地質(zhì)特征，對(duì)錨網(wǎng)支護(hù)在綜采工作面回撤通道中的應(yīng)用進(jìn)行探討，以期有效控制綜采工作面回撤通道圍巖的變形程度，并為確保煤礦安全生產(chǎn)提供相應(yīng)參考。

關(guān)鍵詞：綜采工作面 回撤通道 錨網(wǎng)支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（b）-0115-02

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，提高綜采工作面的回撤速度，是確保安全生產(chǎn)以及礦井產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的重要方式，而在綜采工作面回撤通道中的支護(hù)設(shè)計(jì)則直接關(guān)系到整個(gè)采煤工作面回撤的安全性。煤礦綜采工作面回撤通道一般要受到煤礦開(kāi)采振動(dòng)的劇烈影響，導(dǎo)致其承載著較大的支撐壓力，從而加劇了回撤通道的支護(hù)難度?；诖耍诿旱V開(kāi)采過(guò)程中設(shè)計(jì)綜采工作面回撤通道支護(hù)方案時(shí)，應(yīng)綜合考慮開(kāi)采場(chǎng)地的實(shí)際地質(zhì)條件，采取相應(yīng)的支護(hù)方案，該文主要就錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方案在開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)回撤通道中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 綜采工作面回撤通道中錨網(wǎng)支護(hù)基礎(chǔ)原理

錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在綜采工作面回撤通道中應(yīng)用的基礎(chǔ)原理主要來(lái)源于煤礦綜采工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)學(xué)中的相關(guān)理論，也即“壓力假說(shuō)”：在煤礦綜采掘進(jìn)的過(guò)程中，綜采工作面上方會(huì)留有一定的空間，由于巖石的自然平衡能力會(huì)在上方形成“壓力拱”，其主要存在兩個(gè)支撐點(diǎn)，其中一個(gè)在綜采工作面前方的煤體上面，另外一個(gè)則在煤炭采空區(qū)域崩落的矸石上面。基于此，在綜采工作面回撤通道斷面范圍內(nèi)的上方頂板上形成“壓力拱”，該“拱”的分為前后兩個(gè)拱腳，其中前拱腳抵至煤壁處，而后拱腳抵至通道側(cè)，成為連接工作面支架與煤炭采空區(qū)域的有效支撐體，確保綜采工作面回撤通道兩側(cè)的預(yù)應(yīng)力均衡，以保障煤礦開(kāi)采掘進(jìn)的安全施工，并為快速回撤留下足夠的空間以及應(yīng)力支持，防止發(fā)生坍塌事故等。

2 綜采工作面回撤通道中錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)選擇

在綜采工作面回撤通道錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，科學(xué)合理的參數(shù)選擇是確保良好支護(hù)效果的關(guān)鍵，具體表現(xiàn)在以下三方面。

2.1 錨桿參數(shù)的選擇

在確保錨網(wǎng)支護(hù)體系中的錨桿參數(shù)時(shí)，一般根據(jù)錨桿支護(hù)理論中的“懸吊理論”進(jìn)行計(jì)算，具體步驟如下。

2.1.1 計(jì)算錨桿長(zhǎng)度

錨桿長(zhǎng)度計(jì)算式確保錨桿參數(shù)的第一步，主要依據(jù)的公式為：

在該公式中，L代表此次計(jì)算的對(duì)象，也即為錨桿長(zhǎng)度；K代表綜采工作面回撤通道的安全要求，一般表現(xiàn)為安全系數(shù)，在大多數(shù)情況下取數(shù)值2；L1用來(lái)表示錨桿錨入穩(wěn)定巖層的厚度，與其相對(duì)，L2則用來(lái)表示錨桿在外面的裸露長(zhǎng)度；H主要用來(lái)表示兩個(gè)方面的數(shù)值：一是軟巖層的厚度，二是冒落拱的高度。在對(duì)H進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要按照以下公式進(jìn)行：

其中，B用來(lái)表示巷道的挖掘?qū)挾龋籪用來(lái)表示所錨入巖石的堅(jiān)固系數(shù)。

2.1.2 錨桿間距的選擇

在綜采工作面回撤通道錨網(wǎng)支護(hù)體系設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于預(yù)應(yīng)力的存在，單根錨桿周圍會(huì)形成相應(yīng)的壓應(yīng)力分布區(qū)域，具體體現(xiàn)為：錨桿的尾部為壓應(yīng)力的集中分布區(qū)域；緊接著是錨固起始區(qū)；再次是錨桿中部，該部區(qū)域的壓應(yīng)力分布明顯較之前兩者要小的多；最后使錨桿端部，該區(qū)域的壓應(yīng)力幾乎接近零應(yīng)力狀態(tài)，并伴隨較小的拉應(yīng)力，錨桿的壓應(yīng)力分布由以上四部分構(gòu)成，形成錐形壓應(yīng)力區(qū)域。在應(yīng)用錨網(wǎng)支護(hù)體系的過(guò)程中，由于彼此錨桿之間的間距較大，致使各錨桿的壓應(yīng)力區(qū)域處于相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)。這也就意味著，過(guò)大的錨桿間距致使各錨桿在發(fā)揮支撐效果時(shí)，并沒(méi)有形成獨(dú)立的有機(jī)整體，從而限制了錨網(wǎng)整體支護(hù)體系支撐效果的發(fā)揮。

因此，在確定錨桿間距時(shí)，要一點(diǎn)點(diǎn)縮小錨桿彼此之間的間距，直至各自錨桿形成的錐形壓應(yīng)力區(qū)域西相互重疊，連為一體，以便于形成錨網(wǎng)支護(hù)體系的整體支護(hù)結(jié)構(gòu)，以提高錨桿的預(yù)應(yīng)力，更好地發(fā)揮支撐效果。

2.1.3 錨桿排距的選擇

通過(guò)合理的錨桿間距參數(shù)選擇，在選擇錨桿排距時(shí)，可以適當(dāng)增加，要按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

在該式中，Q用來(lái)代表錨桿設(shè)計(jì)的錨固力；r用來(lái)用來(lái)表示懸吊巖石的重力密度；K、H表示為上述公式所示；a表示錨桿排距。

3 綜采工作面回撤通道中錨網(wǎng)支護(hù)體系施工技術(shù)

3.1 調(diào)整綜采工作面

在對(duì)綜合工作面回撤通道中的支護(hù)體系進(jìn)行施工的過(guò)程中，當(dāng)綜采工作面推進(jìn)至停采線距離符合回撤通道設(shè)計(jì)寬度時(shí)，要對(duì)綜采工作面的上下口、坡度等方面參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以做到上下垂直以及坡度的統(tǒng)一，以免出現(xiàn)臺(tái)階，破壞整體工程的施工效果。在對(duì)綜采工作面跨度進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要考慮到采煤機(jī)的循環(huán)截深，一般取其整數(shù)倍。

3.2 控制頂板

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)回撤通道進(jìn)行完全施工之后，其整體寬度相對(duì)較大，也就導(dǎo)致通道上方空間的頂板承載著更大的壓力。因此，為確保綜采工作面回撤通道的安全性，在進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)的過(guò)程中，首先要采取相應(yīng)措施控制頂板，以防止圍巖變形，引起煤巖體離層，從而導(dǎo)致頂板大面積脫落，增加回撤困難，影響回撤速度，不利于煤礦生產(chǎn)的安全性。為對(duì)頂板起到良好的控制作用，增強(qiáng)支撐體的有效性，可以采取以下兩方面措施。

3.2.1 鋪設(shè)金屬網(wǎng)

金屬網(wǎng)對(duì)于頂板支撐設(shè)計(jì)具有較好的輔助作用。因此，在綜采工作面回撤通道支護(hù)體系設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)回采工作面推進(jìn)至距工作面停采線一定距離時(shí)，一般為15～20m左右，此時(shí)要在綜采工作面上方空間的頂板處鋪設(shè)相應(yīng)的單金屬網(wǎng)；至13m左右時(shí)，要鋪設(shè)相應(yīng)的雙層金屬網(wǎng)，鋪設(shè)工作要一直延續(xù)到回撤通道全部施工完畢之后。

3.2.2 在綜采工作面的煤炭采空區(qū)鋪設(shè)鋼絲繩

鋼絲繩的鋪設(shè)亦是為了對(duì)頂板的支撐體系起到相應(yīng)的輔助作用，主要分為以下兩步：一是在對(duì)綜采工作面進(jìn)行鋪網(wǎng)的過(guò)程中，要以工作面傾斜方向?yàn)榛鶞?zhǔn)布置一條鋼絲繩，在鋼絲繩的布置過(guò)程中，要用一定數(shù)量繩卡將其與機(jī)巷鋼帶進(jìn)行固定；二是當(dāng)綜采工作面推進(jìn)至距停采線距離為6m左右時(shí)，要再次以工作面傾斜方向?yàn)榛鶞?zhǔn)布置相應(yīng)的鋼絲繩，以此類推，每個(gè)工作面循環(huán)都有布置同樣的鋼絲繩，其中鋼絲繩的一端固定在支架的頂梁上。在綜采工作面推進(jìn)過(guò)程鋪設(shè)鋼絲繩時(shí)，要確保此過(guò)程中支架頂梁上的鋼絲繩數(shù)量在5道以上，尾梁上的鋼絲繩在2道以上，以起到良好的支護(hù)輔助作用，確保綜采工作面回撤通道上方頂板的安全性。

3.3 綜采工作面回撤通道中錨網(wǎng)支護(hù)施工過(guò)程

采煤機(jī)在割煤過(guò)程中，以一定的割煤距離為基準(zhǔn)，待達(dá)到該距離標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就停下作業(yè)，開(kāi)始掛網(wǎng)以及敷設(shè)鋼筋托梁，并在頂部將選擇好的錨桿以及錨索錨入；等錨網(wǎng)以及錨桿、錨索施工完畢周后，要進(jìn)行拉架施工，在該過(guò)程中，要在每付支架上面墊上一定數(shù)量的枕木，一般為2～3根，以避免支架在升緊過(guò)程中損壞錨桿或者是錨索；待以上兩步進(jìn)行完畢后，再繼續(xù)使用采煤機(jī)進(jìn)行割煤，如此循環(huán)施工。

當(dāng)采煤機(jī)在距離停采線2m處進(jìn)行割煤時(shí)，要鋪設(shè)相應(yīng)的支架運(yùn)輸通道，停止支架的前移施工，改用單體支柱將前部輸送機(jī)緩慢、勻速的推進(jìn)至煤壁處，然后在繼續(xù)進(jìn)行割煤。在此過(guò)程中，單根支柱的布置方位以及密度要均勻準(zhǔn)確，而此時(shí)的相關(guān)作業(yè)人員要撤離至單體支柱布置范圍5m以外的地點(diǎn)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。

當(dāng)綜采工作面推行至終采位置時(shí)，此時(shí)要將采煤機(jī)的上行停置在綜采工作面的上口處，并對(duì)茬面煤壁進(jìn)行掛網(wǎng)以及錨桿打注施工。在此過(guò)程中，要在每副支架前的探梁以及煤壁之間使用單體柱來(lái)配合長(zhǎng)鋼梁的打注，以起到較好的幫柱支護(hù)作用。

在施工過(guò)程中，要注意的有：一是要確保錨桿孔的垂直度；二是在放置錨固劑卷時(shí)，要嚴(yán)格按照順利，嚴(yán)禁雜亂無(wú)章，隨意放置；三是在攪拌以及等待的過(guò)程中，要確保充足的時(shí)間，切勿急躁隨意縮短時(shí)間，影響錨桿的安裝質(zhì)量；四是在進(jìn)行單體柱的打設(shè)過(guò)程中，要采用鐵絲對(duì)其進(jìn)行綁緊，以免在施工過(guò)程中出現(xiàn)倒柱現(xiàn)象，而威脅到施工人員安全以及影響到施工進(jìn)度的順利進(jìn)行。

4 綜采工作面回撤通道中錨網(wǎng)支護(hù)效果評(píng)價(jià)

在錨桿支護(hù)基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)之上，對(duì)要開(kāi)采的礦井地質(zhì)進(jìn)行綜合分析，在綜采工作面回撤通道中可以建立起相應(yīng)的錨網(wǎng)支護(hù)體系，用于確保煤礦生產(chǎn)的安全性，并具有較好的效果，具體表現(xiàn)如下。

4.1 對(duì)回撤通道圍巖的穩(wěn)定性控制

在綜合工作面回撤通道中，采用錨網(wǎng)支護(hù)體系對(duì)于回撤通道圍巖的穩(wěn)定性控制明顯的穩(wěn)定性效果，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

在綜采工作面回撤通道中運(yùn)用錨網(wǎng)支護(hù)時(shí)，要在煤幫附近安裝相應(yīng)的錨桿，并使其上部錨固直接錨入頂層巖石中，在此過(guò)程中，錨桿在很大程度上提高了組合梁以及煤幫的抗剪強(qiáng)度，不僅提高了頂板支撐的效用性，亦大大提升了組合梁的支護(hù)強(qiáng)度。而在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，由于受到劇烈的振動(dòng)影響所形成的破裂狀或者是切割狀巖體結(jié)構(gòu)，在頂板的錨桿支護(hù)作用下，則有效避免了頂板上層圍巖的松動(dòng)、變形等，提高了巖體結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，對(duì)于保障回撤通道圍巖支護(hù)的穩(wěn)定性發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，從而確保了煤礦生產(chǎn)的安全性，既有利于煤礦生產(chǎn)進(jìn)度的順利進(jìn)行，亦有利于保障工作人員的安全性，大大降低了煤礦開(kāi)采過(guò)程中的危險(xiǎn)系數(shù)以及安全事故的發(fā)生幾率。

在錨桿支護(hù)體系的作用力下，綜采工作面回撤通道中的組合巖梁以及圍巖形成相互作用力，主要體現(xiàn)為：一是處于錨桿支護(hù)體系下的圍巖會(huì)對(duì)組合巖梁起到一個(gè)反作用力的作用；二是此時(shí)的組合巖梁在錨桿支護(hù)體系的作用力下，對(duì)綜采工作面回撤通道上方空間的上覆巖層起到相應(yīng)的支撐作用，在一定程度上分擔(dān)了其所承受的預(yù)應(yīng)力。

在綜采工作面推進(jìn)的過(guò)程中，由于受到振動(dòng)力的影響，回撤通道的頂板會(huì)發(fā)生裂縫現(xiàn)象，而此時(shí)錨桿間的巖塊由于受到預(yù)緊力的作用，亦會(huì)發(fā)生跨落現(xiàn)象。這樣一來(lái)，不僅會(huì)使錨桿失去相應(yīng)的支護(hù)作用，亦會(huì)破壞整體組合梁的作用。針對(duì)該現(xiàn)象，在錨桿鋪設(shè)過(guò)程中與金屬網(wǎng)支護(hù)配套使用，則有效地保障了組合梁的整體性，并使整個(gè)錨桿形成完整的統(tǒng)一整體，不僅大大提高了錨網(wǎng)的支護(hù)強(qiáng)度，亦增加了錨網(wǎng)的支護(hù)效果，為綜采工作面的回撤通道提供了良好的安全回撤條件，提高了回撤速度。

4.2 對(duì)回撤通道圍巖的變形控制

在綜采工作面回撤通道錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為在很大程度上減緩圍巖的變形，可以將錨桿與錨索結(jié)合在一起，從而將圍巖的下層軟弱巖層以及深部基巖錨固在一起，產(chǎn)生相應(yīng)的懸吊作用，以通過(guò)錨索提供的預(yù)緊力來(lái)盡可能地減緩頂板圍巖的變形。此外，在錨桿與錨索的共同作用下，此時(shí)的組合梁也得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，并進(jìn)而對(duì)基本頂?shù)南鲁?、松?dòng)等方面破壞現(xiàn)象起到良好的阻礙作用。同時(shí)，在錨索以及錨桿相互作用力的疊加下，不僅使得巖梁的厚度以及層間的強(qiáng)度大幅度增加，亦使得其剛度成倍增加，促使頂板圍巖的壓力持續(xù)不斷地向煤體深層轉(zhuǎn)移，從而有效控制了回撤通道頂板圍巖的變形，提高了綜采工作面回撤通道采煤作業(yè)的安全性以及效率性。

4.3 對(duì)煤礦開(kāi)采企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高

與傳統(tǒng)的綜采工作面回撤通道錨網(wǎng)支護(hù)方式相比，錨網(wǎng)支護(hù)體系具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)，如通道維護(hù)狀況好等方面優(yōu)勢(shì)，對(duì)于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提高具有重要的作用，主要體現(xiàn)在以下方面。

4.3.1 節(jié)約成本

煤礦開(kāi)采企業(yè)作為獨(dú)立經(jīng)營(yíng)、自負(fù)盈虧的經(jīng)營(yíng)主體，其最終的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)在于獲取最大經(jīng)濟(jì)效益，而最大經(jīng)濟(jì)效益的獲得主要來(lái)自于兩個(gè)方面：一是對(duì)企業(yè)生產(chǎn)成本的節(jié)約；二是提升企業(yè)產(chǎn)品的利潤(rùn)空間。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)綜采工作面回撤通道進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，與傳統(tǒng)支護(hù)方式相比，不僅大大降低了直接材料費(fèi)用，亦大大降低了通道維護(hù)費(fèi)用，從而使得整體施工成本較低，對(duì)于實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化具有重要的作用。

4.3.2 提高產(chǎn)量

在綜采工作面回撤通道中使用錨網(wǎng)支護(hù)，其工序比較簡(jiǎn)單，不僅在很大程度上縮短了工期，亦大大提高了施工效率，從而提高了煤炭開(kāi)采產(chǎn)量，增加了企業(yè)利潤(rùn)空間，對(duì)于企業(yè)創(chuàng)收具有重要的作用。

4.3.3 防火費(fèi)用降低

在綜采工作面回撤通道中使用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)，不僅縮短了整個(gè)回撤工期，為防火工作的順利進(jìn)行贏得了足夠時(shí)間，有利于防火工作的有序進(jìn)行，更大大降低了防火成本，創(chuàng)造了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，安全生產(chǎn)是煤礦開(kāi)采的重要要求，而在綜采工作面回撤通道中應(yīng)用錨網(wǎng)支護(hù)不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的安全性，亦可以提高煤礦開(kāi)采的效率。因此，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中要重視錨網(wǎng)支護(hù)體系在綜采工作面回撤通道中的應(yīng)用，以在提高回撤通道頂板巖層穩(wěn)定性以及回撤速度的同時(shí)，確保綜采工作面回撤的安全性以及開(kāi)采的效率，從而推動(dòng)煤礦開(kāi)采業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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