煤巷錨網(wǎng)支護優(yōu)化及技術(shù)應(yīng)用

文/計玉

煤巷錨網(wǎng)支護優(yōu)化及技術(shù)應(yīng)用

文/計玉

窯街煤電集團公司金河煤礦煤層賦存深度在510～710m之間，煤層平均厚度25～30m，煤層傾角8°～12°，采區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層、節(jié)理發(fā)育，煤巷支護一直是影響礦井安全生產(chǎn)的難題。開采過程中，由于采煤工作面沿走向布置，傾斜劃分，工作面水平距離在5～10m左右，且在回采平行布置16203、16205、16207工作面時，工作面進、回風(fēng)順槽巷道變形較大，錨桿拉斷、托板壓裂，金屬網(wǎng)形成網(wǎng)包較多，尤其是相鄰工作面掘進及回采期間，回風(fēng)巷頂、幫壓力大，造成巷道斷面急劇縮小，嚴(yán)重影響了正常安全生產(chǎn)。為此，金河煤礦借鑒煤巷錨網(wǎng)支護先進技術(shù)，結(jié)合煤層賦存條件及巷道布置，優(yōu)化錨網(wǎng)支護，嚴(yán)把工程質(zhì)量，取得了顯著效果。

一、錨網(wǎng)優(yōu)化支護的技術(shù)要求

1.一次支護原則。錨網(wǎng)支護做到一次支護，有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護，以及巷道維修。

2.高強度、高預(yù)緊力、高錨固力與低支護密度的“三高一低”原則。選擇高強度桿體材料，保證錨桿具有足夠抗破壞能力；采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)緊力和提高錨固力，保證支護系統(tǒng)抗變形能力，做到主動支護。同時,還要在保證支護系統(tǒng)可靠性的條件下，減少單位面積上錨桿數(shù)量，降低支護密度，縮短錨桿安裝時間，提高掘進速度。

3.“三小”原則。確定錨桿強度后，應(yīng)優(yōu)先選擇桿體材料強度高，直徑適宜的錨桿。采用小直徑錨桿孔，使用小直徑樹脂錨固劑，減小直徑差，做到錨桿、鉆孔、樹脂卷“三徑匹配”，保證順利安裝、提高錨固效果、降低材料消耗。

4.相互匹配原則。錨桿、錨索及其各構(gòu)件的參數(shù)與力學(xué)性能相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能相互匹配，最大限度地發(fā)揮錨桿的整體支護作用。頂幫并重，兼顧底板原則。巷道頂板、側(cè)幫錨桿的預(yù)緊力、錨固力、材質(zhì)、直徑、構(gòu)件等參數(shù)應(yīng)保持一致。底鼓巷道應(yīng)采取底板支護措施。

5.差異化原則?？臻g位置、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖狀況等條件不同的巷道，支護形式和參數(shù)設(shè)計等有針對性，不得千篇一律。

二、錨網(wǎng)支護優(yōu)化及數(shù)字參數(shù)

16209工作面走向長480m，傾斜100m，煤層平均厚度為12.4m，煤層傾角12°，根據(jù)金河煤礦煤層賦存條件及相鄰巷道礦山壓力情況分析，對16209掘進工作面支護參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。

1.巷道規(guī)格。斷面形狀采用三心拱斷面，進風(fēng)凈斷面11.55m2，凈寬4.2m，凈高3m；回風(fēng)凈斷面9.56m2，凈寬3.5m，凈高3m。支護形式：錨網(wǎng)、索支護。

2.頂板支護。錨桿采用HRB335左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ20×2400mm，配200mm× 200mm×60mm復(fù)合托板及150mm×150mm×10mm穹型鐵托板，每根錨桿采用一支CK2335和一支Z2360型樹脂錨固劑加長錨固；錨桿間排距為700mm×900mm。錨索選用Φ17.8×7300mm的低松弛、高預(yù)緊力鋼絞線，錨索間距1800mm，每根錨索采用一支CK2335和兩支Z2360型樹脂錨固劑加長錨固；錨索預(yù)緊力不低于80KN，錨固力不小于200KN。錨網(wǎng)均采用12#鐵絲制作，規(guī)格1000mm×10000mm，網(wǎng)孔為30mm× 30mm的菱形金屬網(wǎng)。錨桿預(yù)緊力矩不小于400Nm，錨固力不小于130KN。

3.兩幫支護。錨桿采用HRB335左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ20×1800mm，配200mm× 200mm×60mm復(fù)合托板及150mm×150mm×10mm穹型鐵托板，每根錨桿采用兩支Z2360型樹脂錨固劑加長錨固；錨桿間排距為700mm×900mm。采用12#鐵絲制作，規(guī)格1000mm×10000mm，網(wǎng)孔為30×30mm的菱形金屬網(wǎng)。錨桿預(yù)緊力矩不小于400Nm，錨固力不小于130KN。

三、巷道優(yōu)化支護前后的優(yōu)勢比較

金河煤礦通過對16209掘進工作面支護參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，改進施工工藝，達到了增強支護強度，提高工程質(zhì)量，確保安全生產(chǎn)的目的。

1.巷道斷面形狀。由矩形改為半圓拱斷面。矩形斷面在受壓后承壓小，容易變形，加之金河煤礦工作面相鄰，巷道肩窩受壓較大，根據(jù)受力分析，肩部圍巖受重力、水平應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力共同作用，應(yīng)力高度集中，剪切力較大，而矩形斷面肩部由于巖體被開挖，抗剪切能力大大降低，故出現(xiàn)被剪斷現(xiàn)象。采用拱形斷面能適應(yīng)圍巖應(yīng)力場的特點，有利于提高圍巖的自承能力，降低礦山壓力對巷道的破壞作用，提高了支護效果。從支護角度來看，矩形巷道與拱形巷道相比，矩形巷道自然支護拱下方，煤巖容易掉落，對安全、支護極為不利。采用錨網(wǎng)索支護時，錨桿、錨索的支護深度相對降低，縮小了錨桿、錨索的支護強度。從巷道斷面形狀分析，拱形巷道力的傳遞性比矩形巷道好，拱形斷面可直接將力傳遞到兩幫，在兩幫的支撐下，頂板不易變形，降低了壓力對巷道的破壞。

2.頂錨索支護參數(shù)。原Φ15.24×5400mm鋼絞線錨索改為Φ17.8×7300mm鋼絞線錨索。原Φ15.24mm錨索與Φ17.8mm相比，破斷強度不突出，對頂板控制的范圍較小。Φ17.8mm錨索破斷力提高35%，在同樣一根錨索的情況下，對頂板的控制能力提高了35%，加長、加粗頂錨索，錨索預(yù)緊力由原60KN提高到80KN，能夠增強巷道深部圍巖強度，提高圍巖的自身承載能力，更利于促進巷道的穩(wěn)定。

3.錨桿支護參數(shù)。幫錨桿直徑由Φ18mm增加至Φ20mm，增加了錨固強度；將150mm×150mm×8mm穹型鐵托板厚度增加至150mm× 150mm×10mm，做到托板與錨桿的合理匹配；肩窩錨桿角度由原來的75°調(diào)整到45°，使其錨桿錨點更易形成自然拱，增強其自身整體性。同時，錨桿預(yù)緊力矩由原200Nm提高到400Nm，錨固力由原100KN提高到130KN，錨桿整體支護效果顯著增強。

4.科學(xué)合理的三徑匹配。合理匹配鉆孔、錨桿、樹脂藥卷的直徑，是保證樹脂錨桿支護結(jié)構(gòu)整體達到最佳支護狀態(tài)的基礎(chǔ)。錨桿直徑和鉆孔直徑的合理匹配值為6～10mm，最佳值為7～8mm。將錨桿直徑由原Φ18mm增加至Φ20mm，鉆頭直徑由Φ42mm縮小至Φ27mm，錨固劑直徑由Φ28mm縮小至Φ23mm，達到了最佳匹配，大大提高了錨桿錨固效果。

5.支護工藝技術(shù)水平。錨桿支護的關(guān)鍵在于破巖同時如何保護圍巖的穩(wěn)定。為了保持圍巖穩(wěn)定性，金河煤礦全部采用綜掘機，大幅減少了對圍巖的破壞，尤其加強了松軟煤層、裂隙發(fā)育地段的巷道成形控制，頂板揭露后對頂板及時支護，保證巷道不變形。加強巷道施工質(zhì)量驗收，抓好班組現(xiàn)場驗收管理，錨桿編號管理，做到合格一根驗收一根，錨桿做到“零漏洞”驗收，杜絕失效錨桿存在，提高錨桿支護質(zhì)量。

四、結(jié)論

通過對16209工作面掘進及回采證明，本次巷道錨網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計及其施工工藝合理。巷道圍巖變形小，穩(wěn)定性好，且所采用的錨桿、錨索及支護系統(tǒng)安全可靠。不僅保證了安全生產(chǎn)，取得了較好的社會效益，而且節(jié)約材料消耗，減少工人的勞動量，提高其勞動效率，可在類似的全煤巷道中參考應(yīng)用。

(作者單位:窯街煤電集團有限公司)

(責(zé)任編輯:周瓊)