大斷面煤巷錨網索聯合支護研究

王亞非

（汾西礦業(yè)集團賀西煤礦，山西 柳林 033300）

引言

煤礦建設、生產朝著集約化的方向轉變，煤礦井下機械化程度的相關標準非常高，同時回采巷道斷面體積增加，要求選取適合的支護方法處理，這就需要考慮到錨網索聯合支護的特征，實行大斷面煤巷錨網索聯合支護作業(yè)，從而提高大斷面煤巷錨網聯合支護的效果、安全[1]。

1 工程基本情況研究

以某礦3205 回風順槽二采區(qū)3205 回風順槽為例，二采區(qū)3205 工作面回風巷順著3#煤層底板掘進，以20°方位角于回風巷北進行設置，布設工程量在2 030 m 左右、標高約為+600 m，中位埋藏深度在600 m 左右。這一區(qū)域平均煤厚在5.98 m 左右、主要為亮煤，煤層內生節(jié)理裂隙，局部煤質松軟、易破損，同時存在量層夾矸、煤層的狀態(tài)比較穩(wěn)定，全區(qū)均能夠開采、煤層傾角為10°，偽頂為黑色、質地較軟，而且為炭質泥巖、厚度在0.25 m 左右，直接頂選擇的為砂質泥巖、呈灰黑色，夾薄層泥巖厚度在3.5 m 左右。水文地質條件不會非常復雜，涌水的主要來源3#煤層上覆砂巖、粉砂巖，這一含水層基本為靜水，在掘進的過程裂隙水經錨桿、錨索孔，以及煤巖裂隙進到巷道，掘進過程中大巷用水量在1.5 m3/h。

2 錨網索聯合支護的主要特征分析

錨網索聯合支護作為主動支護，存在多方面的優(yōu)勢，比如：快速、安全系數高、經濟等，利于嚴格控制支護的成本，加快掘進的速度并提升整體支護質量。與此同時，錨桿支護存在懸吊、加固煤巖體，可以在錨固區(qū)內逐漸形成拱、梁、殼等，在改善錨固區(qū)圍巖力學性能、應力狀態(tài)方面的效果理想，而且能很好的控制錨固區(qū)圍巖離層、破裂，以及滑動和裂隙擴展等情況，此時圍巖受壓狀態(tài)調整為三向，能發(fā)揮主動加固圍巖體的效果[2]。聯合托盤、金屬網、W 鋼帶等，便于實現錨桿預應力擴散的效果、整體支護效果。錨索、錨桿在抗拉能力、抗剪能力方面比較差異性存在，兩者均可發(fā)揮懸吊、擠壓加固等功能，促使頂板經錨桿支護逐漸形成組合梁，這時在上部直接頂/老頂內懸吊的效果理想。除此之外，大斷面巷道錨索補強配合錨桿，能夠將圍巖應力于圍巖深部進行轉移，錨索支護可于巷道頂板提供預緊力、承載力，錨桿減跨和控制頂板下沉的同時，有助于有效防范圍巖發(fā)生變形的現象，充分發(fā)揮出主動支護的作用，借助托盤及金屬網實現預緊力擴散的效果，進而確保整體巷道支護水平。錨網索聯合支護，如圖1 所示。

圖1 錨網索聯合支護

3 大斷面煤巷錨網索聯合支護狀況

3.1 臨時支護情況

3205 回風順槽設計斷面屬于矩形，寬度4 m、高度3.5 m、掘進斷面15 m2。選擇2 根長度為3.5 m，8#槽鋼實行前探梁，應用永久支護錨桿懸吊在頂板位置，前探梁、錨桿間會通過專用吊環(huán)實行連接處理，前后前探梁吊環(huán)排距在1.5 m 左右，使用的為大木茬，實際吊環(huán)內將前探梁背緊及背實處理。前探梁迎頭使用的為長度、寬度、厚度分別為：3 500 mm、280 mm、45 mm，數量為2 塊～3 塊、為木板護迎頭幫。

3.2 永久支護情況

3205 回風順槽使用的為錨網索聯合支護，錨桿使用的為BHRB500、22#左旋沒有縱筋螺紋鋼筋桿體，頂錨桿每排的根數為5 根，長度、間距及排距分別為：2 200 mm、900 mm、950 mm。幫錨桿排距、煤幫每排錨桿數量，以及間距、巷幫上部錨桿-頂的距離、巷幫下部錨桿-底的距離分別為：950 mm、4 根、850 mm、280 mm、350 mm。錨桿和頂板、巷幫保持垂直的狀態(tài)，預緊力距為380 N/m。錨桿托板使用高強度拱形托板，托盤的長度、寬度、厚度分別為：120 mm、120 mm、10 mm，并且應用了高強度球型墊圈、塑料減摩墊片。頂幫錨桿使用的為樹脂加長錨固，鉆孔直徑在Φ25 mm 左右，頂錨桿錨固劑使用的為MSK2335 一支、MSZ2360 一支，幫錨桿錨固劑使用的為MSZ2340 數量為兩支。

相關參數情況分析：（1）W 形鋼帶頂鋼帶的長度、寬度、厚度各4 000 mm、260 mm、5 mm，幫鋼帶四周壓棱尺寸份額比為280 mm*450 mm*5 mm。（2）錨索1*18 股低松弛高預應力鋼絞線的直徑在Φ20 mm左右，使用的為MSK2335、MSZ2360，數量分別為一支和兩支、錨固效果較佳。頂錨索的長度、排距、間距分別設置為：6 200 mm、950 mm、1450 mm，錨索托盤使用的為高強度拱形能夠調節(jié)的金屬托板、配套鎖具，尺寸為280 mm*I280 mm*15 mm，托板承載能力在650 kN 以上。（3）金屬網頂網片、幫網片、網孔的規(guī)格分別為：4800mm×1000mm、3200mm×10000 mm、45 mm*45 mm，材料使用的為10#鉛絲，搭接的長度在120 mm 左右。

3.3 復雜區(qū)域巷道支護情況

頂幫圍巖破碎層理和裂隙發(fā)育區(qū)域，錨網支護條件下使用的為打超前錨桿錨索、補打錨桿錨索，以及減小錨桿錨索間排距等不同的形式，使得支護的強度得以提升，以此有效控制頂幫圍巖。以巷道超出450 mm 打一根錨桿，超出900 mm 補打一根錨索的方式處理[3-4]。巷高在4.2 mm 左右，可在距離巷幫頂部錨桿850 mm 左右位置補打一根單體錨桿，巷道超高5 m 建議在巷幫超高部位補打2 根單體錨桿、每排打2 根～3 根錨索就可以。

軟弱破碎圍巖情況下巷道圍巖變形量非常大，巷道開挖后使用錨索支護錨索延伸量不會很大，超出極限所致破斷則無法保證支護的效果。針對于此，建議在巷道開挖初期安裝錨桿，經錨桿加固提高錨巖支護承載方面能力，這時錨巖支護體承載方面能力、穩(wěn)定性會受到一定影響。錨巖支護穩(wěn)定性達到極限前，且圍巖變形在錨索工程延伸量以下的時候，需要在第一時間安裝錨索，旨在實現錨巖支護體、圍巖加固的效果。巷道開挖支護初期，主要通過錨桿柔性支護為核心，后期通過錨索懸吊為基礎，旨在有效提高錨索支護的性能。在錨網索聯合支護時，需要考慮到錨固體特征、錨索力學特征，以便確保支護設計的科學性、合理性，要求結合巷道圍巖相關情況，通過錨桿支護、相關參數采用最適合的錨索支護方式。

4 大斷面煤巷礦壓觀測關鍵點探討

4.1 觀測點布置要點

巷道施工后實行錨網索聯合支護監(jiān)督、控制，通過對獲取相關礦壓觀測數據分析了解到，便于在第一時間反饋相關重要信息，為支護設計提供良好的支持。通過合理布設測點、隨機布置測點聯合的形式，進行巷道監(jiān)測、巷道間隔35 m 左右距離布設一個巷道位移測點，同時在頂板中心位置安裝頂板指示儀，在不良巷道圍巖、遇構造帶，以及高帽帶等位置均應該設置觀測點[5]。

4.2 重要觀測結果研究

4.2.1 巷道位移量的觀測結果情況

通過十字交叉法，對巷道位移量實行測定，然后聯系觀測結果使用關鍵數據加以深入分析。

4.2.2 頂板離層儀的觀測結果情況

巷道掘進的過程頂板離層量較小，主要在20 mm錨固區(qū)內離層在錨固區(qū)外離層數值以上，表示頂板離層于錨固區(qū)的范圍，錨桿錨固區(qū)外、錨索錨固區(qū)內頂煤產生部分離層，這時錨索錨固范圍以外的離層不會很大，頂板穩(wěn)定性較高，且錨網索聯合支護對巷道頂板離層會加以嚴格控制[6]。經觀測了解到測點2兩幫位移量、頂底板移近量、斷面分別為：180 mm、150 mm、16.5 m2；測點6 兩幫位移量、頂底板位移量、斷面分別為：150 mm、120 mm、16 m2。離層儀3 號錨固區(qū)內、錨固區(qū)外、總離層值分別為：12 mm、0 mm、12 mm；離層儀6 號錨固區(qū)內、錨固區(qū)外、總離層值分別為：10 mm、8 mm、15 mm；離層儀8#錨固區(qū)內、錨固區(qū)外、總離層值分別為：2 mm、0 mm、3 mm；離層儀10 號錨固區(qū)內、錨固區(qū)外、總離層值分別為：12 mm、10 mm、25 mm；離層儀17#錨固區(qū)內、錨固區(qū)外、總離層值分別為：15 mm、10 mm、20 mm；離層儀25#錨固區(qū)內、錨固區(qū)外、總離層值分別為：15 mm、8 mm、20 mm；離層儀33# 錨固區(qū)內、錨固區(qū)外、總離層值分別為：20 mm、8 mm、22 mm。觀察時間為3 周左右，巷道掘進頂底板、兩幫移近量、移近速度均非常大，而且頂底板 移近量、移近速度，和兩幫移近量、移近速度比較更高。在此之后，巷道頂底板、兩幫移近量下降，觀測7 周巷道變形量不會非常大、逐漸保持穩(wěn)定的狀態(tài)。經巷道礦壓監(jiān)測結果可見，頂底板的變形量非常大，這時頂板下沉多在2 m 厚度頂煤中出現，頂底板移近量在120 mm 左右、兩幫移近量在180 mm 左右，要求嚴格控制巷道位移量，目的為達到回采的相關標準，在3205 回風順槽支護中進行錨網索聯合支護[7]。

5 結語

大斷面、厚煤層回采巷道支護中進行錨網索聯合支護作業(yè)，有助于嚴格控制巷道頂煤下沉、兩幫收縮量相關情況，實現臨時支護、永久支護、復雜區(qū)域巷道支護等效果。如此一來，利于滿足巷道斷面回采的實際要求，進行主動支護、安全生產，這個過程需實行觀測點布置、觀測結果分析，目的為充分發(fā)揮出錨網索聯合支護技術的最大作用，獲得最理想的支護效果。