锚网支护技术在大断面巷道施工中的应用

邓维元

(西山煤电集团公司东曲矿)

山西焦煤西山煤电集团公司东曲矿，是一座年设计产量400万 t 的现代化大型矿井，实行综合机械化开采。随着科技的进步，矿井机械化程度不断提高，为确保采掘正常接替，现代采煤方法条件对巷道围岩的控制提出了更高的要求，特别是大断面巷道的支护质量。因此，选择合理的支护方式变得越来越迫切。传统的棚式支护已满足不了采掘机械化程度提高后的支护要求。因此，东曲矿根据2#煤的地质条件及综采设备技术要求，在对2#煤的12606工作面开掘皮带顺槽时采用锚网联合支护大断面一次成巷的施工方法，取得了良好的效果。

1 地质概况

12606工作面煤层为上组2#煤，煤层厚度为0.9～1.3 m，平均厚度1.1 m；煤层倾角1°～5°，平均3°，结构简单，属稳定性煤层。煤层顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况表

2 锚网支护原理

目前，较成熟的锚杆支护理论主要分为三大类：一是基于锚杆的悬吊作用而提出的悬吊、减跨理论等；二是基于锚杆的挤压、加固作用提出的组合梁理论、组合拱理论以及楔固理论等；三是综合锚杆的各种作用而提出的松动圈支护理论、锚固体强度强化理论、锚注理论、整体锚固结构理论等。根据12606工作面所处的地质条件，顶板锚杆支护范围为直接顶和老顶范围，应依据挤压加固理论、悬吊理论和减跨理论，遵循使围岩处于塑性稳定状态的支护原则进行设计；两帮锚杆应在巷道两侧形成坚固的挤压加固带，依据挤压加固和整体加固理论，遵循使围岩处于松动稳定状态的支护原则进行设计[1]。

3 巷道断面、锚网支护参数及材料的选择

1) 巷道断面。12606皮带顺槽断面为矩形断面，净宽5.4 m，净高2.5 m，净断面13.5 m2，皮带顺槽设计长度1 250.7 m。

2) 锚网支护参数及材料的选择。工作面顶板采用左旋螺纹钢锚杆、锚索、钢带、金属网联合支护。锚杆呈矩形布置，间排距850 mm×1 000 mm；钢带排距1 000 mm；锚索排距2 000 mm，错步打设；两帮采用左旋螺纹钢锚杆加木托盘支护，上面一排帮锚杆距顶300 mm，下面一排帮锚杆距底1 200 mm，间排距1 000 mm×1 000 mm。(支护断面图，见图1)。其材料规格、型号如下：

锚索：d17.8×L4 500 mm；锚索孔深：4 300±50 mm。左旋螺纹钢锚杆：d20×L2 400 mm(压制铁托盘)；顶锚杆孔深：2 350±50 mm。树脂药卷： MSK2360型 (顶锚杆1卷、锚索1卷且在上)。MSZ2380型 (锚索1卷；顶帮锚杆各1卷)。左旋螺纹钢锚杆：d20×L1 800 mm； 帮锚杆孔深：1 750±50 mm。

钢带：d14×L5 250 mm。木托盘：400 mm×200 mm×50 mm。菱形金属网：1 200 mm×5 400 mm。

图1 12606皮带顺槽断面支护示意图

4 锚网支护施工工艺及要求

4.1 锚网支护施工工序

割煤→锚杆钻机打眼→ 联网→安装钢带→安装锚杆→用锚杆钻机扭紧螺母→打锚索眼→安装锚索。

4.2 施工质量、安全技术要求

1) 顶锚杆支护质量、安全技术措施。

a) 掘进机割够1 m后，必须进行永久支护。永久支护前，掘进机退离工作面至少5 m，放下截割臂并加盖截割头护罩，切断机组电源进行闭锁，司机要严守操作台，防止他人误启动掘进机伤人。b) 永久支护前，首先进行敲帮问顶，及时清除活矸、危岩，检查处理滚帮额头等隐患，并检查工作面5 m内的锚杆是否合格，发现不合格的锚杆要重新补打，确认安全后，方可打眼。打眼前首先要按支护设计定好眼位，在钻杆上作好标记，保证眼深符合安装要求。c) 钻机操作，严格按相应的锚杆钻机操作规程进行。d) 锚杆呈矩形布置，间排距允许误差±100 mm，顶角锚杆与顶板夹角≥75°,中间的锚杆垂直于顶板布置，外露长度托盘下30～50 mm。e) 打眼时，一定要保证供水充足，转速均匀，严禁干打眼。1人操作锚杆机，1人上钻杆，锚杆机转动时严禁用手抓钻杆；打眼期间，要有专人负责控制风、水管路阀门或液压泵的电源，发现高压胶管崩裂或钻机气腿或油缸不收时，要立即关闭阀门或切断油泵电源，保证作业安全。f) 安装锚杆前,由专人检查锚杆眼孔的深度、位置、角度、方向是否符合设计要求。如有问题，必须重新打眼。g) 安装锚杆时,首先在锚杆机上端及锚杆尾部套上搅拌连接装置，然后由1人扶梯子，1人用锚杆杆体将2卷药卷送入眼底,锚杆下端与钻机连接好后，将梯子撤离，全部人员退到锚杆钻机操作人后方，最后开动锚杆机，随转随推进，将杆体迅速推到孔底，搅拌时间:10～25 s，等待时间：10～60 s。严禁在药卷未送至孔底就开始搅拌。h) 搅拌结束后，将气腿或油缸放下,锚杆的紧固必须使用力矩扳手使托盘及钢带贴紧岩面，锚杆的预紧力矩≥120 N·m，锚固力≥85 kN[1]。i) 严禁使用螺丝口损坏以及杆体弯曲的锚杆和变质、破损的药卷。j) 安装锚杆时，顶角锚杆的托盘的吊装眼必须紧靠煤帮一侧，以利于管线的吊装。k) 在打眼时，锚杆操作人员必须站在永久支护一侧，严禁人员站在工作面侧操作。l) 安装锚杆前，首先将金属网铺上，然后再安装，使锚杆托盘压住金属网。网片必须紧贴顶板岩面。m) 金属网有效搭接长度不得小于100 mm，网片之间用双股14#镀锌铁丝每隔150 mm连接牢固，网扣至少拧3圈，并将剩余的铁丝头窝在网内。

2) 锚索支护质量、安全技术措施。

a) 锚索钻孔采用续接钻杆的方法进行操作，注意事项同锚杆钻孔。b) 安装锚索时，由4人配合，1人操作钻机，1人扶梯子，1人装药卷，1人送锚索，将2卷药卷轻轻送入眼底，然后将钢绞线尾部放入专用搅拌连接器内，开动锚杆钻机随搅拌随推进至眼底，搅拌10～25 s后，停止搅拌，但继续保持锚杆机的推力约10～60 s，方可放下气腿或油缸。紧锚索锁具用液压千斤顶锚索机，预紧力不得低于100 kN，外露长度不得超过300 mm。c) 锚索安装48 h后，如发现预紧力下降，必须及时补拉。d) 锚索的锚固力≥200 kN。张拉时发现锚固不合格的锚索，必须立即在其附近补打合格的锚索，或用张拉器将不合格的锚索拔出，然后用钻机将原来的钻孔清一遍，重新安装锚索。

4.3 锚固质量检查及围岩动态监测

锚固质量检查的主要内容有：锚杆预紧力检查，锚固力的拉拔检查、顶板离层动态监测等。

1) 锚杆预紧力检查工艺及数据分析。掘进施工过程中，安排专人平均每天用力矩示值扳手对所施工巷道的已有支护进行一次抽测，顶锚杆的预紧力矩≥120 N·m，锚索的锚固力≥200 kN，即为合格。如有失效必须及时恢复，如发现连续破断锚杆3根及以上时，必须停止作业，撤出人员，进行处理。

2) 锚固力的拉拔检查工艺及数据分析。采用全锚支护的巷道，在施工中对所施工巷道的已有支护每隔50 m或300根锚杆进行一组拉拔试验，遇断层、陷落柱及淋水地段必须逐根拉拔，并做好记录，如有不合格的必须及时补打。

3) 顶板离层动态监测工艺及数据分析。顶板离层动态监测是利用顶板离层指示仪对顶板不同层位的下沉量进行监测，以便随时掌握顶板的稳定状态。巷道掘进永久支护为全锚支护时，随时观察掌握矿压变化情况，在巷道开口处、交叉点及每向前掘进100 m，在巷道中心位置安装一套顶板离层仪，并由技术员负责每周观测一次，认真做好记录，每月将记录结果交生产科分析、存档。顶板离层仪安装示意图见图2。

说明：钻孔顶部点1与刻度尺1相连， 中部点2与刻度尺2相连，点3与钻孔下端相连，点2相对点1间岩层分离时，其位移量由刻度尺2下端点相对刻度尺1上面的刻度变化数值确定；点3相对点2间岩层分离时，其位移量由点3相对刻度尺2上面的刻度变化数据值确定。两刻度尺上面数据值变化之和即为点3相对点1之间的位移量。

图2 顶板离层仪安装示意图

5 使用效果

东曲矿在2#煤层12606工作面得到应用锚网支护技术，与以往的钢棚支护相比有以下优点：

1) 实现了由棚式“ 被动”支护向锚网“ 主动” 支护的转变。巷道安全可靠程度明显提高，降低了巷道的变形破坏程度，减小了巷道的维护量[2]。

2) 掘进辅助运输工作量显著减轻，职工的劳动强度明显降低。

3) 巷道断面利用率高。

4) 钢带网组合锚杆主要是借助于钢带将单体锚杆联系在一起，形成整体支护结构，均衡顶板各部分的受力和变形，它能有效地阻止节理、裂隙的张开、错动及碎石的掉落，提高了顶板的完整性，钢带从不同的方向和部位帮助了锚杆悬吊、组合梁和楔固等作用的实现。

6 需注意的问题

锚杆网钢带联合支护具有及时承载、预紧力大、支护效果好、劳动强度低、支护成本低、掘进速度较高和回采工作面端头维护简单等优点。但采用该技术需要注意以下几个问题：

1) 锚杆支护必须充分利用锚杆的预紧力，网及钢带必须紧贴岩壁，锚杆的铁托盘必须紧贴网带，螺丝必须上紧，如不上紧螺丝，锚杆无法起到加固梁和组合梁作用。

2) 根据巷道的特点，选择合理的支护参数和支护形式，在支护参数上，可适当增大或减小锚杆的间排距。

3) 顶板锚杆不宜全部垂直于顶板方向布置，而将靠巷道两帮的顶板锚杆改成向帮有一个倾斜角的布置，使锚固端超过两帮非有效承载宽度，从而使锚固端受到两帮的有效支撑。

4) 金属网有效搭接长度不得小于100 mm，网片之间用双股14#镀锌铁丝每隔150 mm连接牢固，网扣至少拧3圈，并将剩余的铁丝头窝在网内。

7 结 语

锚网钢带联合支护在东曲矿12606大断面施工中的推广应用，证明了锚网钢带支护对提高大断面巷道支护安全系数、减少巷道维修量、提高掘进速度、提高巷道利用率、确保采掘平衡、实现矿井高产高效起到了非常重要的作用，同时为相同或类似地质条件下的全煤巷道锚网支护提供了借鉴。

[1] 聂启胜，贾俊明，王文兵.锚杆支护技术初探[J].煤，2005,14(1):46-48.

[2] 吉敦云.全煤巷道锚网支护在大阳煤矿的应用[J].成果应用，2007(5)：26-27.