特厚煤层上覆采空区下锚网索耦合支护

范津

【摘 要】根据南山煤矿煤层赋存特点，在15号煤层综放工作面底板层切眼及两巷进行特厚煤层上覆采空区下锚网索耦合支护试验，有效降低了巷道支护成本，增强了生产安全，使用效果良好，具有良好的技术、经济和安全效益。

【关键词】锚网索耦合支护；综合监测；预紧力

0.概述

鹤岗矿业集团南山煤矿是由斜井群改造的矿井，立井于1965年开始兴建，l970年投入生产，l975年达到设计能力120万t后经多次改扩建，2003年矿井核定能力达到300万t/a。采用立井集中石门、分区石门和上下山开拓方式。主采层l8#和l5#煤，煤层赋存稳定，平均煤厚18#层15m，15#层12m。煤层节理裂隙发育，工作面回采使用综合机械化及π放工艺。采准巷道掘进采用机掘或炮掘方式，支护形式为犬断面锚网支护或架栅支护。

1.采区概况

掘进三区施工的西一区l5#层南部一分段顶板层已于1997年回采完毕，煤层厚度平均12m，剩余厚度平均10m，局部8m；2006年9月开始进入此面底板层，两巷道设计断面为l7.5m2。因上覆顶板层已采，支护形式采用传统架棚支护施工中因运料较困难，且U型棚（29U）支护强度不够，使得巷道维修量大。经对围岩状态观察，结合锚网支护组合梁、压缩拱最大水平应力理论，首次试验性地在上覆采空区下进行锚网索耦合支护，得到了显著的效果。

2.主要技术性能指标

西一区15#层南部一分段底板层两巷设计净宽5m、净高3m，顶板锚杆7根，长2.5m，ф20/mm等强右旋螺纹钢；两帮每侧4根长2.0m，ф20mm等强右旋螺纹钢。锚杆间排距均为0.8m，锚索为фl5.24mm的钢绞线，锚索托梁为长3.2m矿用ll#工字钢。两帮锚杆角度75°，锚索梁每2m设1组，索线4.3m向两帮伸展角度60°。

锚网支护共施工100m，进行近70d的锚网支护综合监测。顶板离层仪共设2组，其中4m处锚头2组均没有变化，浅层2m处锚头离层最大值为10mm，两帮最大移近量为350mm。顶板锚杆测力计最大读数为22MPa，两帮锚杆测力计最大读数为23MPa，锚索测力计最大读数为26MPa。经对监测数据整理分析，在特厚煤层上覆采空区下采取锚网索耦合支护，其支护强度能够满足施工设计要求。

3.工作原理

特厚煤层上覆采空区下锚网索耦合支护技术，主要是在特厚煤层顶板层已采，底板层两巷及切眼掘送，上覆煤柱在4m以上时，代替传统的架棚支护。

在施工中，关键技术是锚杆间排距布置、锚索托梁及锚索向两帮伸展角度的控制和锚网索动态综合监测。根据锚杆支护与锚索支护二次耦合原理，运用以下五条原则，对支护设计进行优化。

3.1锚索长度原则

锚索长度取决于巷道的顶板层状态，现施工的巷道顶板为上覆采空区，为此，锚索应倾斜进入两帮顶板，长度按垂高3.5m，水平向两帮延伸l.5m以上计算，取4m，加端头0.3m实际长4.3m。

3.2锚索强度原则

锚索承载强度取决于锚索根数和锚索的间排距，其设计总荷载按巷道顶板塑性软化区范围的围岩质量乘以安全系数来计算。

3.3耦合作用设计原则

锚索和锚杆支护达不到耦合作用状态将会出现恶性事故，因此，重视在各种不同工作条件下的预应力施加至关重要。一般来说，在炮掘工作面迎头实施锚索支护时，预应力应适当小些，为锚杆设计值的0.8～1.3倍；而在掘进机后实施锚索支护时，预应力为锚杆设计荷载值的1.0～1.3倍比较适宜。

3.4关键部位原则

理论研究表明，锚索设计在顶板的力学关键部位效果最好，因此，锚索要尽量设计在顶板的关键部位上。

3.5反馈设计原则

现场地质条件复杂多变，采用LBY-3型顶板离层仪、MLJ-20型锚杆拉力计及MS-30型液压锚杆（索）测力计，安排专人进行综合监测，及时反馈分析、修正和完善设计，使首次在上覆采空区下进行锚网索耦合支护更具科学性和可操作性。

4.推广应用前景与措施

在特厚煤层上覆采空区下采用锚网索耦合支护的成功，为锚网支护在煤巷各种复杂条件下应用积累了经验，进一步扩大了锚网支护领域，节约了支护成本，降低了工人的劳动强度，有着极其广阔的推广价值。

在复杂条件下采用锚网索耦合支护，首先在锚杆、锚索布置的角度进行严格的规定；其次，在锚杆锚索预紧力上进行最佳耦合设计；再者，采用相应的观测仪器进行不间断的观测。这里注意以下3点：

（1）顶板离层指示仪每50m设1组，每天专人进行观测并记录。

（2）锚杆（索）测力计每20m设1组，每天专人进行观测并记录。

（3）每天由专人用力矩扳手对当班打设的锚杆进行检测，使锚杆锚索达到最佳耦合。

5.结语

现在施工的100m巷道，经70d动态监测，各项技术指标均达到设计要求。与传统架棚对比，100m巷道可节约支护成本7万元，同时减轻了工人的劳动强度，经济效益和社会效益十分显著。