锚喷网支护技术在破碎岩层及动压巷道中的应用

摘要：文章在分析红炭山矿业有限责任公司牛栏山煤矿地质情况的基础上，针对锚喷网支护技术在破碎岩层及动压巷道中的应用问题进行分析，重点探讨了破碎岩层及动压中施工巷道的矿压特点问题，最后还提出相关的破碎岩层及矿压巷道控制的措施。

关键词：锚喷网支护；破碎岩层；动压支护；动压巷道

中图分类号：U417 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0049-02

岩巷和煤巷中应用煤矿巷道支护技术越来越多，推广应用的锚喷网支护形式也十分常见。为了能够明显提高支护效果，这种支护方式能够使得围岩的支护受力状态得以改善。本文结合实际生产情况，对于牛栏山煤矿井下破碎岩层巷道的矿压进行观测，最后提出相关的各种矿压控制措施。

1 工程概述

本文研究对象是牛栏山煤矿202采区、285～22#石门巷道和285区段23#采空区，其中，在施工过程中受围岩破碎、易风化脱层影响比较严重，同时，巷道变形由于采动动压影响可能产生。为了尽可能保证安全施工，应该注意在工字钢棚支护过程中的无法阻止巷道片帮脱层的问题。经过研究讨论决定，为了取得更好的加固效果，这里采用锚喷网支护技术。

2 牛栏煤矿202采区22#煤层的地质概况

对于牛栏煤矿202采区22#煤层来说，平均倾角25度，煤层平均厚度为1.01。灰黑色的底板，中厚层状细粉砂岩，其中，植物根茎化石含量比较丰富，粗粉砂岩、细砂岩在局部出现，起伏现象也呈现在底板；灰黑色的顶板，中厚层状砂质泥岩，细粉砂岩个别出现，伪顶0.05～0.2米，还存在大量的似层状黄铁矿结核。抗压抗剪强度对于总体顶底板来说比较低，呈现后生理层发育的特点，岩石硬度系数在4～6范围。

3 压力巷道破坏机理

采矿中的动压力主要包括顶板垮落集中压力、回采工作面超前集中压力以及相应的两侧采空的双侧集中压力和一侧采空的单侧煤柱压力，另外就是一些其他的叠加应力，也就是说是指各种集中压力在矿山开采活动所形成的总和。对于动压巷道来说，就是指经受采动影响的井下巷道。采动会影响到巷道所处的矿山压力状态，这样围岩原有稳定性就不能保持，形成围岩应力的多次重新分布特点，增大了位移和压力，显著变形的围岩都说明了打破相关的静压状态下的稳定平衡。所以，只有等到应力重新分布而达到新平衡后，才有可能形成稳定的巷道围岩。巷道在没有支护加固的情况下，无疑将会受到不同程度的破坏，甚至出现片帮、冒顶的现象，这样对于巷道的正常安全使用就造成很大问题。

4 锚喷网支护机理

支护一般都是在巷道掘进后进行施工，这样能够有效防止围岩垮落或过大变形，从而增强了巷道的稳定性。架设棚式支架或砌碹是过去常用的维护巷道的方法，随着技术不断发展，矿山施工中的锚喷网支护应用越来越多。这种重大革新与进步的支护技术正在逐渐取代后者。组合梁作用和挤压加固拱作用能够很好地体现在锚杆支护对围岩的作用上。为了抗弯、抗剪能力能够得以增加，需要完整处理围岩表面破碎圈，从而形成喷层平整均匀，同时，还具有较大的允许变形量和较高柔性。

主动地保持围岩的完整性和稳定性则是锚喷网支护最为主要的特点，能够有效地使得围岩自身的支承作用得以发挥，能够较好地控制围岩变形、位移及裂隙发展。这种支护形式对于断层破碎带不稳定岩石较为适用。

4.1 锚杆作用

挤压加固作用是通过锚杆的挤压加固作用，这样就能够均匀地连接压缩带。一方面能实现锚杆-围岩共承载组合拱，保持自身稳定；另外一方面，能够满足承受地压的要求，使得上部围岩的松动和变形得以阻止。

4.2 喷射混凝土作用

（1）能够提高强度，围应力状态得以改善，加固作用通过张开的节理、裂隙的充填和围岩的固结得以实现；（2）围岩强度得以提高，有效阻止风化作用，及时封闭围岩，同时能防止风化形成的围岩破坏；（3）紧密粘结喷射混凝土和围岩，柔性支护结构得以实现，能使得个别危岩活动、滑移或坠落有效防止；（4）喷射混凝土把破坏的岩块联成整体，这样就形成组合拱作用，防止深部围岩进一步变形；（5）防止围岩的局部破坏，可以通过提高喷层与岩石的粘结力和抗剪强度而实现，这样就能有效防止个别危岩活动、滑移或坠落。

5 矿用钢塑复合防护网

（1）为了实现全面积锚固挤压，应该改变原来的巷道壁的点锚固，这是通过铺设防护网相应增大锚杆托板的面实现的；（2）增强喷层的支护强度是通过提高了喷层抗剪、抗拉的能力而实现的；（3）为了满足喷层与围岩之间不易离层、脱落，可通过锚杆和防护网，把喷层与巷壁牢固地结合一起实现。

6 支护参数的选择

首先，按照下式进行锚杆长度的计算：

L=N（1.1+B/10）=1.2×（1.1+2.3/10）=1.6m

其中，锚杆间距：D≤0.5L=0.5×1.7=0.85m

式中：B代表巷道跨度，这里取2.3m；N代表围岩稳定性影响系数，Ⅲ类围岩取系数1.2。

高强螺纹钢锚杆可以通过上述计算结果得到，同时选用的螺纹钢锚杆规格如下：长度为1600～2000mm/根，直径16mm；为了实现搅拌和固定树脂锚固剂，前端弄成麻花状；锁定托盘作用则是通过后端打成螺纹而实现的，同时，一个螺母和一个托盘都配置在一根锚杆上。

每排5根，排距在1000mm，间距850mm、1000mm等几种规格，锚固剂树脂药卷规格：Φ23×350mm，每眼用1卷，托板规格：直径160mm、厚10mm圆形托板，采用Φ28mm的钻头打眼施工。

7 矿用钢塑复合防护网的选择条件

（1）为了不影响碹体强度以及喷碹时网后出现空洞，网眼不能过小；（2）网筋应该具备一定抗剪、抗弯能力，满足强度和刚度的要求；（3）施工中使用大小合适的网片比较容易操作。

这里选择的防护网片规格如下：金属菱形网抗拉标准≥2450N，单边极限抗拉强度≥4000N；延深率≤5%；网眼尺寸：50×40mm或50×70mm（可调）；网宽：800～3000mm（可调）；阻燃性能：有焰单根≤10S；无焰单根≤60S；抗静电性能：≤3×108Ω。平直进行网铺设，应该满足紧贴岩壁要求。盘条网相邻两边作钩进行连接是为了满足金属网的搭接，通过φ10铁丝加固，最后用托板压紧金属网。

8 喷射混凝土

（1）选择合适的喷射混凝土厚度。喷层应该确定合适厚度，因为过厚影响其柔性，使脆性增加，而过薄影响支护强度，这样容易造成不能保持围岩形成的承载结构。经过讨论分析，结合本地的实际情况，确定喷射混凝土厚度为100mm；（2）喷射混凝土材料要求。普通硅酸盐水泥强度等级为42.5，要求石子直径不大于25mm，选择粒径为0.3～3mm的中砂，水泥∶砂子∶石子=1∶2.5∶1.5；（3）喷射混凝土参数选择。这里选用工作压力0.12～0.18MPa的旋转式ZHP-2型混凝土喷浆机，同时要求输料管长20m，喷口到喷面距离1～1.5m，速凝剂控制在3%～5%范围内。喷拱顶时应取大值，而喷两墙时取小值，为了保证混凝土的强度，降低回弹、粉尘，应该做到潮拌料并在喷前岩壁洒水。

9 锚杆施工

要求从巷道中顶部位开始，逐渐向两侧进行施工，满足交叉进行锚杆与打锚杆眼安装，在安装到位每眼锚杆以后，应该及时进行人工加扭操作，满足锚杆锚固力不小于15MPa，同时，每根锚杆扭矩不小于50N·M。先打临时支护，从两帮开始挂网，原有的金属棚腿就可以接着拆除。

10 结语

锚喷网支护技术在该巷道的加固已经成功实施一年多，巷道没有出现变形、碹体脱落、片帮等现象，表现出完整良好特性。通过实例证明，锚喷网支护技术在动压破碎带中采用是完全可行的，这种施工简便的支护方式，能够保证施工安全的同时，降低工人的劳动强度，是一种“抗”与“让”相结合的柔性支护，也是一种主动的支护方式。

作者简介：王维东（1977—），男，福建煤电股份有限公司生产技术部副经理，采矿工程师，研究方向：

采矿。

（责任编辑：刘 晶）