錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)在預(yù)防煤巷頂板事故中的應(yīng)用

陳全斌，汪海生

（甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司大水頭煤礦，甘肅　白銀　730913）

錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)在預(yù)防煤巷頂板事故中的應(yīng)用

陳全斌，汪海生

（甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司大水頭煤礦，甘肅白銀730913）

大水頭煤礦在煤巷施工過程中將錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)從理論推向?qū)嵺`，對該支護(hù)方式的支護(hù)原理和具體的操作方法以及需注意的問題進(jìn)行了逐步探究，最終取得煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的成功，杜絕了煤巷掘進(jìn)頂板事故的發(fā)生。

錨網(wǎng)索；聯(lián)合支護(hù)；頂板事故；預(yù)防

大水頭煤礦于1997年9月正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力105萬t/a，后經(jīng)過技術(shù)改造，于2013年產(chǎn)量達(dá)到220萬t/a，主采一煤層。目前主要掘進(jìn)巷道布置在東一采區(qū)和西三采區(qū)，在1260水平至950水平的所有巷道均采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。截至目前，已利用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)安全掘進(jìn)煤巷約37800m。在煤巷掘進(jìn)過程中，通過確定合理的支護(hù)參數(shù)、加強(qiáng)施工現(xiàn)場質(zhì)量驗(yàn)收管理，重點(diǎn)做好初期頂板管理和后期礦壓監(jiān)測監(jiān)控等措施，成功杜絕了煤巷掘進(jìn)頂板事故，取得了顯著成效。

1　支護(hù)作用原理

煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)是錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，共同支撐煤巷頂板的一種混合支護(hù)技術(shù)，它的作用原理就是利用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)形成一個支護(hù)整體，加強(qiáng)和提高巷道頂板一定范圍巖層的抗剪壓能力，形成堅(jiān)實(shí)的擠壓加固拱，抵抗巷道圍巖變形，達(dá)到支撐維護(hù)巷道的目的。

2　頂板事故預(yù)兆

巷道圍巖變形有一個從彈性到塑性，最后喪失抵抗力的過程，這種特性決定了錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的煤巷頂板變形要經(jīng)過一定變形量的積累，當(dāng)頂板變形量積累達(dá)到一定程度，就會導(dǎo)致煤巷頂板突然垮塌造成頂板事故。錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)煤巷頂板變形過程往往引發(fā)一系列壓力顯現(xiàn)，出現(xiàn)以下頂板事故預(yù)兆：

1）頂板出現(xiàn)局部離層掉渣，在金屬網(wǎng)上形成網(wǎng)兜，嚴(yán)重時造成頂錨桿斷裂或失效。

2）巷道兩幫收斂變形嚴(yán)重，頂板下沉，金屬網(wǎng)出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。

3）巷道底板鼓起，巷道兩幫壓裂。

4）頂板爆響，頂板離層監(jiān)測儀顯示離層加劇。

3　頂板事故的預(yù)防

3.1合理確定錨桿支護(hù)參數(shù)

根據(jù)工作面地質(zhì)條件，合理參照鄰近工作面地質(zhì)力學(xué)評估資料，依據(jù)秦巴列維奇理論按擠壓加固拱原理對掘進(jìn)工作面圍巖破壞范圍和圍巖壓力進(jìn)行計(jì)算。并以此為依據(jù)，結(jié)合其他礦井的生產(chǎn)實(shí)踐合理確定錨桿支護(hù)參數(shù)。

3.1.1巷道圍巖破壞范圍的計(jì)算

1）煤巷兩幫煤體受壓破壞深度。

C=Htan（45-φ/2）

式中：c——煤體受壓破壞深度，m；

H——巷道高度，m；

φ——煤的內(nèi)摩擦角，φ=arctan（f）=45°，f=1。

2）巷道頂板潛在的冒落拱高。

b1=a1/u（a+c）/（Rc/1000）

式中：

b1——巷道頂板潛在的冒落拱高，m；

a——承受彎曲的懸臂巖層的半跨距，m；

Rc——巷道頂板巖石的抗壓強(qiáng)度，N/cm2。

3）頂板壓力。

（4）兩幫煤體傾向壓力。

式中：γ——煤的體積重量，kN/m3。

3.1.2合理確定錨桿支護(hù)參數(shù)

依據(jù)巷道圍巖破壞范圍的理論計(jì)算值，輔以工程類比，結(jié)合其他礦井的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，回采巷道錨桿支護(hù)參數(shù)確定如下：

運(yùn)輸順槽頂錨桿均選用長度2600mm，直徑22mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿；幫錨桿選用長度2600mm、直徑22mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿。錨桿間、排距取700mm×800mm。所有參數(shù)均在計(jì)算值范圍內(nèi)，符合要求。

回風(fēng)順槽頂錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿；兩幫錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間、排距取700mm×800mm。所有參數(shù)均在計(jì)算值范圍內(nèi)，符合要求。

頂板瓦斯抽采巷頂錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿；兩幫錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間、排距取700mm×800mm。所有參數(shù)均在計(jì)算值范圍內(nèi)，符合要求。

開切眼頂錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿；兩幫錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間、排距取700mm×700mm。所有參數(shù)均在計(jì)算值范圍內(nèi)，符合要求。

為了提高巷道的支護(hù)能力，運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽隨巷道掘進(jìn)在巷頂正中每四排錨桿打注一根Ф17.8mm×7000mm的錨索以加固支護(hù)，開切眼每四排錨桿在巷頂正中及兩拱部同時各打注一根Ф17.8mm×7000mm的錨索以加固，頂板瓦斯抽放巷沿頂板掘進(jìn)，則根據(jù)頂板情況決定錨索施工參數(shù)。

3.2加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，抓好錨桿錨索的安裝質(zhì)量

1）煤巷全部采用綜掘機(jī)掘進(jìn)一次成巷，及時支護(hù)、及時預(yù)緊錨桿螺母，保證煤巖的完整性。

2）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的角度、間排距對錨桿（索）孔進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)定位，采用長度為1.3m和2.7m的長短鉆桿配合打眼，保證眼孔深度，并跟蹤監(jiān)督檢查錨桿（索）的安裝，確保錨桿（索）的安裝質(zhì)量。

3）錨桿（索）的安裝必須按要求進(jìn)行，錨固劑、錨桿、錨索、托板和螺母等性能強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)必須與設(shè)計(jì)錨固力相匹配，各種材料入井必須有產(chǎn)品合格證。巷道頂幫錨桿的方向、位置和密度必須符合設(shè)計(jì)要求，托板必須貼緊頂板和煤壁，不得松動，接觸面積達(dá)到85%以上。出現(xiàn)錨桿不接頂貼幫時，必須重新補(bǔ)打錨桿。網(wǎng)要展開鋪平，貼緊頂板和煤幫，用錨桿托板壓緊。螺母的擰緊力矩不小于450N·m。錨桿、錨索安裝前，必須要壓風(fēng)將孔內(nèi)煤（巖）粉、水等吹洗干凈。錨桿端部必須推至眼底，尾部外露長度為120～130mm。

4）錨桿、錨索安裝，必須按作業(yè)規(guī)程規(guī)定的施工操作程序進(jìn)行，先裝雙速藥卷，再裝中速藥卷，用錨桿（索）將藥卷送至孔底后，用攪拌裝置邊攪拌邊用力迅速向孔底推進(jìn)錨桿（索），待藥卷得到充分?jǐn)嚢韬笸C(jī)，攪拌時間為30s，攪拌要連續(xù)進(jìn)行，中途不得停頓。錨桿攪拌后上托板，1min后二次預(yù)緊，錨索攪拌凝固5min后上托板張拉，其張力必須達(dá)到30MPa。

5）由掘進(jìn)巷道專職跟班安檢員對各自管轄工作面的所有錨桿用力矩扳手逐根驗(yàn)收，合格的噴漆標(biāo)號，納入小班安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化評估中進(jìn)行日?？己舜蚍?，小班評估90分方為合格。礦生產(chǎn)口管理人員對全礦錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)巷道進(jìn)行抽查，發(fā)現(xiàn)錨桿、錨索安裝質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的當(dāng)月質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化一票否決，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)工資考核。

3.3加強(qiáng)頂板觀測，及時獲得頂板穩(wěn)定狀況的信息

1）錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)巷道按設(shè)計(jì)要求每隔20m布設(shè)1個觀測點(diǎn)，斷層及圍巖破碎帶、應(yīng)力集中區(qū)、交岔點(diǎn)等特殊地點(diǎn)觀測點(diǎn)加密，頂板離層儀安設(shè)在巷道頂正中，深基點(diǎn)固定在頂板上方7m處，淺基點(diǎn)固定在頂板上方3m處。

2）頂板離層儀由各施工隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)及時安裝（安裝離層儀時距前頭距離≤5m）。

3）觀測點(diǎn)實(shí)行掛牌管理，牌板上寫明觀測點(diǎn)號、安裝人員、安裝日期和初始數(shù)據(jù)，并指定專人負(fù)責(zé)觀測數(shù)據(jù)，填寫原始記錄，建立觀測檔案。

4）觀測點(diǎn)和離層儀每3d觀測一次，向生產(chǎn)技術(shù)部及時上報(bào)觀測數(shù)據(jù)。

5）生產(chǎn)技術(shù)部對收集的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真分析，從中總結(jié)頂板變化的規(guī)律性，對觀測數(shù)據(jù)異常點(diǎn)要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，若現(xiàn)場確定該處巷道頂板活動異常威脅安全生產(chǎn)時，立即上報(bào)主管領(lǐng)導(dǎo)采取相應(yīng)措施。

3.4錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)巷道出現(xiàn)頂板事故預(yù)兆要及時維護(hù)

1）井下作業(yè)人員隨時觀察巷道頂板及煤壁活動情況，一旦發(fā)現(xiàn)頂板異常，出現(xiàn)頂板事故預(yù)兆要及時向隊(duì)部值班人員和調(diào)度室匯報(bào)并采取相應(yīng)措施，杜絕事故發(fā)生。

2）頂板出現(xiàn)局部離層掉渣、頂錨桿斷裂時，及時處理網(wǎng)兜、補(bǔ)打錨桿，確保巷道頂板的完整性，盡量減少頂板離層的發(fā)展。

3）巷道出現(xiàn)兩幫收斂、頂板下沉、金屬網(wǎng)撕裂等現(xiàn)象時，要根據(jù)巷道頂板變形程度加打Φ17.8mm× 7000mm錨索加固。

3.5根據(jù)地質(zhì)條件及時調(diào)整支護(hù)密度或變更支護(hù)

該井田范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，煤系地層不穩(wěn)定，煤巷頂板巖石具有不穩(wěn)定性，巷道掘進(jìn)時經(jīng)常遇到斷層、頂板破碎帶、頂板巖性變化帶，巷道工程地質(zhì)條件變化較大，為了保證巷道支護(hù)科學(xué)合理，各施工隊(duì)要注意觀察巷道圍巖條件變化，隨時與生產(chǎn)技術(shù)部門聯(lián)系，工程技術(shù)人員要根據(jù)工程地質(zhì)條件變化隨時修改錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)密度，在錨網(wǎng)索支護(hù)不能滿足安全生產(chǎn)需要時及時變更支護(hù)形式。

4　結(jié)語

大水頭煤礦在推廣應(yīng)用煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的過程中，經(jīng)歷了“試驗(yàn)—總結(jié)—改進(jìn)—再總結(jié)—推廣應(yīng)用”5個階段，在煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)推廣之后，徹底杜絕了煤巷頂板事故，從此至今，大水頭煤礦連續(xù)13年未發(fā)生一起頂板事故。

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［4］陜西煤礦學(xué)校，井巷工程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1983.

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