煤巷錨網(wǎng)支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用措施探析

文/計(jì)玉

煤巷錨網(wǎng)支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用措施探析

文/計(jì)玉

錨網(wǎng)支護(hù)經(jīng)過多年的研究、改進(jìn)和生產(chǎn)實(shí)踐，已經(jīng)成為我國煤礦巷道施工的主要支護(hù)形式，可顯著提高巷道支護(hù)效果，降低支護(hù)成本，減輕員工勞動強(qiáng)度。目前，錨網(wǎng)研究主要集中在規(guī)律、機(jī)理、特征顯現(xiàn)上，而對錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工技術(shù)缺乏深入探析。本文結(jié)合窯街煤電集團(tuán)有限公司所屬礦井煤巷錨網(wǎng)支護(hù)的實(shí)踐，對錨網(wǎng)支護(hù)和現(xiàn)場施工技術(shù)措施進(jìn)行了闡述。

一、錨網(wǎng)支護(hù)作用機(jī)理

隨著煤巷錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)的快速發(fā)展，在大量理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、數(shù)值模擬及井下試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化了對錨網(wǎng)支護(hù)作用的實(shí)質(zhì)性認(rèn)識，并應(yīng)用于煤巷支護(hù)工程實(shí)踐，進(jìn)而推動了煤巷錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

錨網(wǎng)支護(hù)主要機(jī)理是使圍巖處于受壓狀態(tài)，控制錨固區(qū)圍巖的離層、滑動、裂隙張開、新裂紋產(chǎn)生等變形與破壞，抑制圍巖彎曲變形、膨脹拉伸與剪切破壞的出現(xiàn)，減小錨固區(qū)圍巖強(qiáng)度的降低，最大限度地保持錨固區(qū)圍巖的完整性，在錨固區(qū)內(nèi)形成剛度較大的預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)改善圍巖深部的應(yīng)力分布狀態(tài)，使圍巖成為承載的主體。

二、錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)

錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)是錨網(wǎng)支護(hù)成敗和保證巷道施工質(zhì)量的關(guān)鍵，對充分發(fā)揮錨網(wǎng)支護(hù)的優(yōu)越性和保證巷道安全具有重要作用。鑒于煤礦特殊的地質(zhì)情況，目前主要采用理論計(jì)算法結(jié)合工程類比法進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)。

1.錨桿、錨索材質(zhì)和力學(xué)參數(shù)設(shè)定

錨桿材質(zhì)（螺紋鋼、圓鋼、玻璃鋼或其它材料等）、錨索材質(zhì)和形式（鋼絞線、鋼絲繩、單根錨索或錨索束等）。錨桿、錨索力學(xué)參數(shù)（屈服強(qiáng)度、破斷強(qiáng)度、延伸率等）。錨網(wǎng)支護(hù)要依據(jù)有效加固、控制圍巖所承受的預(yù)緊力和阻止圍巖離層、滑動等所承受的變形載荷，合理確定錨桿的強(qiáng)度。

2.錨桿、錨索幾何參數(shù)（長度、直徑、加工要求等）

（1）錨桿直徑。錨桿直徑的選擇要綜合考慮錨固效果、預(yù)緊力、施工難易程度等因素，在錨桿強(qiáng)度確定后選定。一般情況下，錨桿直徑不宜小于20mm。對于圍巖比較完整、變形量較小的巷道可選用直徑較小的錨桿；對于圍巖破碎、應(yīng)力大的巷道，應(yīng)選用直徑大的錨桿。

（2）錨桿長度。錨桿長度選擇應(yīng)根據(jù)圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力和其他影響因素，結(jié)合巷道圍巖松動圈大小和頂板自然平衡拱的高低合理取值，保證錨固區(qū)內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，具有足夠的承載能力。錨桿長度應(yīng)與錨桿預(yù)緊力、強(qiáng)度、直徑的變化相適應(yīng)，形成有效的支護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)良好的支護(hù)效果。

（3）加工要求。錨桿桿尾螺紋應(yīng)滾圓處理后，采用滾絲工藝按標(biāo)準(zhǔn)件要求進(jìn)行加工，必要時(shí)采取調(diào)質(zhì)處理措施，尾部螺紋破斷力不得低于桿體破斷力。

3.錨桿、錨索布置參數(shù)（布置形式、間排距、角度、孔深等）

錨桿可采用矩形布置，圍巖破碎、應(yīng)力大的巷道，應(yīng)正三角形“三花”布置。

錨桿間、排距要在保證單根錨桿預(yù)緊力的前提下進(jìn)行選擇，并與錨桿預(yù)緊力、錨固力、強(qiáng)度等參數(shù)的變化相適應(yīng)。應(yīng)充分發(fā)揮錨桿及其構(gòu)件作用，相鄰錨桿之間形成壓應(yīng)力疊加帶，在保證支護(hù)效果與安全的條件下進(jìn)行選擇。一般情況下，錨桿的間、排距宜控制在0.7～1.2m。同位錨桿的間距與排距應(yīng)該相同。

錨索作為補(bǔ)強(qiáng)加固手段，必須與錨桿的支護(hù)效果相協(xié)調(diào)，并以錨桿作用得到有效發(fā)揮為前提，不得因使用錨索而否定錨桿的作用、忽視對錨桿支護(hù)質(zhì)量的控制。使用錨索必須施加足夠預(yù)緊力發(fā)揮其對巷道圍巖的擠壓加固作用，不宜使用錨索及錨索長鋼梁組合懸吊頂板浮離巖石。錨索布置要堅(jiān)持低密度原則。一般情況下，頂板應(yīng)以不小于3排錨桿的間距，沿巷道中線布置1根錨索；在大斷面、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖松軟、高地應(yīng)力等圍巖條件復(fù)雜特殊的巷道中，應(yīng)根據(jù)需要補(bǔ)強(qiáng)加固對象的具體情況，合理確定錨索的布置形式。

錨桿要與巷道輪廓線垂直。矩形、圓角矩形、梯形斷面錨網(wǎng)支護(hù)巷道，頂板角錨桿應(yīng)距幫200～300mm、可與頂板法線成不大于15°的夾角布置；巷幫上角錨桿應(yīng)距頂板200～300mm、可帶不大于15°的仰角布置；巷道有底鼓現(xiàn)象時(shí)，巷幫底角錨桿應(yīng)距底板200～300mm、帶15°～45°的俯角布置。

4.錨桿、錨索錨固方式、鉆孔直徑、錨固長度等

錨網(wǎng)支護(hù)應(yīng)優(yōu)先選用加長錨固；對圍巖比較完整、變形量較小的巷道，可選用端部錨固；對圍巖破碎、應(yīng)力大的巷道，應(yīng)選用全長錨固。

5.錨固劑

巷道頂板錨桿安裝要采用快速安裝工藝，錨固劑要選用超快速與中速組合方式，使用快速安裝螺母攪拌、預(yù)緊。超快速錨固劑用量要滿足錨桿預(yù)緊的需要。幫錨桿應(yīng)優(yōu)先使用快速錨固劑。

6.錨桿預(yù)緊扭矩（或預(yù)緊力）、錨索預(yù)緊力

錨桿預(yù)緊力是錨網(wǎng)支護(hù)中的關(guān)鍵參數(shù)，對錨桿能否實(shí)現(xiàn)主動支護(hù)起著決定性作用。錨桿預(yù)緊力必須保證在錨桿作用范圍內(nèi)的巷道圍巖處于持續(xù)被擠壓狀態(tài)，有效阻止離層發(fā)生。

預(yù)緊力應(yīng)按照所選用桿體材料屈服載荷值的60%～70%選取。一般情況下，直徑15.24mm錨索的預(yù)緊力不得小于110KN，直徑17.8mm錨索的預(yù)緊力不得小于150KN，直徑18.9錨索預(yù)緊力不得小于170KN。

三、錨網(wǎng)支護(hù)施工措施

1.巷道掘進(jìn)

錨網(wǎng)支護(hù)的煤巷掘進(jìn)應(yīng)優(yōu)先采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)以減小對巷道圍巖的工程破壞，保證巷道成形質(zhì)量。根據(jù)圍巖強(qiáng)度合理選擇掘進(jìn)機(jī)進(jìn)刀方式和割煤順序。巷道煤體堅(jiān)硬完整時(shí)，要按常規(guī)方式從巷道腰線處進(jìn)刀，先割腰線以上的煤體，并及時(shí)支護(hù)，然后截割并支護(hù)腰線以下煤體；巷道煤體松軟破碎時(shí)，可采用“V”字形方式進(jìn)刀，先截割出巷道頂部3個(gè)臨時(shí)支護(hù)錨桿位置，及時(shí)支護(hù)，然后截割剩余煤體。

采用鉆爆法掘進(jìn)時(shí)，必須采用光面爆破工藝，嚴(yán)格控制周邊眼距、數(shù)量、角度和裝藥量，以減小對巷道圍巖的工程破壞；必要時(shí)，應(yīng)留光爆層，采用人工修邊，保證巷道成形質(zhì)量。穿過圍巖松軟區(qū)、斷層破碎帶等特殊地段時(shí)，必須采用人工開挖，嚴(yán)禁放炮。

2.錨桿孔施工

錨桿孔施工要根據(jù)煤巖體性質(zhì)選擇適合的錨桿鉆機(jī)。頂板錨桿孔應(yīng)采用輸出扭矩不小于130Nm的錨桿鉆機(jī)施工；幫錨桿孔宜采用輸出扭矩不小于80Nm的幫錨鉆機(jī)或風(fēng)鉆施工。條件允許時(shí)，可采用液壓錨桿鉆機(jī)施工錨桿孔。

3.錨桿安裝

安裝前，要使用錨桿測量確認(rèn)錨桿孔孔深和孔壁完好情況，并對出現(xiàn)的問題采取補(bǔ)救措施。

（1）錨固劑放置順序。當(dāng)使用兩卷以上不同型號的錨固劑時(shí)，應(yīng)按錨固劑凝固速度先快后慢的順序，將錨固劑依次放入鉆孔中。

（2）錨固劑安裝方法。先使用安裝棍將錨固劑推到孔底，再插入錨桿啟動錨桿鉆機(jī)邊攪拌樹脂錨固劑邊推進(jìn)錨桿。

（3）攪拌與等待。安裝樹脂錨固劑時(shí)，必須嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)控制攪拌時(shí)間和等待時(shí)間。攪拌時(shí)要先慢后快、連續(xù)進(jìn)行，中間不得間斷。

（4）鋪設(shè)金屬網(wǎng)。鋪網(wǎng)時(shí)要使用緊網(wǎng)工具，金屬網(wǎng)要拉緊繃展，貼緊巷壁，張緊力不得小于200N；兩網(wǎng)搭接要符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定；聯(lián)網(wǎng)時(shí)30mm網(wǎng)孔每米不得少于23扣，做到扣扣相連、一扣壓一扣，每扣聯(lián)網(wǎng)絲擰緊不得少于3轉(zhuǎn)。

（5）托板安裝。安裝部位及周圍50mm范圍內(nèi)的浮煤（矸）必須清除、找平、找實(shí)，確因調(diào)整困難時(shí)，對未接觸部位要楔緊、墊實(shí)。錨桿托板與護(hù)網(wǎng)或巷道圍巖表面的緊貼程度不得小于托板面積的80%。

（6）預(yù)緊：錨桿螺母必須使用錨桿鉆機(jī)或風(fēng)動扳手?jǐn)Q緊。當(dāng)錨桿鉆機(jī)扭矩不能滿足錨桿設(shè)計(jì)預(yù)緊扭矩要求時(shí)，必須采用扭矩放大器進(jìn)行安裝。錨桿預(yù)緊結(jié)束，必須使用力矩扳手檢查預(yù)緊扭矩，達(dá)不到預(yù)緊扭矩的螺母必須立即二次擰緊至規(guī)定值。安裝錨索應(yīng)選用電動或氣動張拉機(jī)具預(yù)緊。安裝錨索時(shí)，鋼絞線應(yīng)推到孔底，安裝后外露鋼絞線長度應(yīng)在150～250mm之間。張拉錨索時(shí)，要使張拉油缸與鋼絞線保持同軸。錨索施工后，應(yīng)及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)工作載荷低于預(yù)緊力時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次張拉。

四、結(jié)語

分析總結(jié)錨網(wǎng)支護(hù)現(xiàn)場施工技術(shù)，充分利用科學(xué)的支護(hù)設(shè)計(jì)、規(guī)范的操作程序等，對于實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)的安全性、可靠性，大幅提升錨網(wǎng)支護(hù)質(zhì)量，保證工作面回采期間巷道的支護(hù)安全和采掘接續(xù)正常、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有顯著意義。

（作者單位：窯街煤電集團(tuán)有限公司）（責(zé)任編輯：周瓊）