煤巷围岩控制与锚网支护技术的研究

杜建忠

摘要：煤巷是煤炭开采的重要脉络，是保证煤矿安全生产和人身安全的重要通道，由于井下施工环境复杂，煤巷所处底层条件多样，围岩的性质多变，因此研究煤巷围岩控制技术具有重要的作用，而锚网支护技术作为有效的煤巷支护方式，其对煤巷围岩具有强化作用，因此本文通过研究煤巷围岩控制与锚网支护技术，提出优化锚网支护技术在煤巷围岩控制中的应用。

关键词：煤巷 控制 锚网支护技术

煤巷围岩容易受到采动影响后而发生变形，因此加强对煤巷安全的控制前提就是要提高煤巷围岩结构的支护能力，防止煤巷煤壁片帮及底撇的发生，而锚网支护技术是最为有效的一种煤巷支护方式，其对提高煤巷围岩的强度具有显著的作用，而且此种支护方式的成本也比较低，并且能够提高煤巷断面利用率，目前锚网支护技术已经成为世界各国主要煤巷支护的方式，锚网支护技术在我国煤矿企业中具有广泛的应用价值。

1 煤巷围岩控制与锚固的原理

1.1 煤巷围岩控制原理 煤巷围岩控制原理（见图1）主要是支护与围岩相互作用的原理，因为煤巷属于地下工程，其不同于一般的工程施工，由于岩体具有天然承载能力的功能，因此支护方式与岩体是相互融合的，也就是说通过支护实现加强煤矿开采空间的稳定性，发挥岩体的承载能力的功能。煤巷围岩控制原理可以分为主动支护和被动支护。主动支护就是通过支架对围岩施加预先准备好的预应力，比如锚杆、锚索的预紧力等，其主要是对围岩进行加固处理；被动支护就是对围岩不采取任何方式的预应力，支架主要是对围岩散体的荷重进行支护，比如巷道的钢拱支架等，其不是对围岩进行加固。

1.2 锚固理论 锚固理论主要是研究围岩与锚固结构的力学作用原理与关系的，通过锚固原理可以为煤巷围岩控制支护提供技术支撑。关于锚固理论的说法目前具有十几种，但是其存在都是依托假设理论而获知的，因此锚固理论相对于实践要落后很多。目前锚固理论主要有：悬吊理论、组合梁理论、最大水平应力理论、围岩松动圈理论以及组合拱压缩拱理论等，这些理论具有不同的特点，悬吊理论是锚杆支护最早的理论，其适用于顶板上部有稳定的岩层、下部存在松散的岩层条件下，但是其没有考虑锚杆的抗剪能力以及对破碎岩层的整体强度的提高作用；组合梁理论则主要适用于层状岩层，其主要是锚杆对岩层离层与滑动的约束作用；加固拱原理适用于软岩巷道，其考虑了锚杆支护的整体作用。

2 锚网支护机理分析

根据国内外相关专家对锚网支护前后岩体性能的变化研究，岩体在锚固后其强度、弹性模型等都有不同程度的提高，为了更好说明锚网支护后岩体的变化情况以图2说明。

根据图2可以将锚网支护机理概括为：①回采巷道岩体变形的规律在回采期的不同阶段具有不同的特性，因此锚网支护在不同的受力阶段也具有不同的特点。②锚网支护的作用就是防止围岩碎石掉落，并且能够拟制围岩的松动和离层，降低岩层的弯曲造成稳定性丧失，因此锚网支护安装的时间要尽可能的早，保证支护效果的最大化。随着巷道的不断掘进，巷道围岩的结构受到采动的影响，围岩的结构破坏性会越来越大，而当锚杆伸入稳定岩层中时，其主要是通过对破坏岩层与稳定岩层的相连，防止破坏层垮落，进而提高破坏层的强度；而锚杆在不能进入稳定岩层时，锚杆的作用就是发挥其提高岩层整体强度，在破坏岩层区域内形成承载结构，防止岩层的进一步被破坏和离层发生，并且能够保证围岩深部的应力更加均匀。③煤层的强度相对于围岩的强度要低很多，其受到采动的影响，回巷道煤帮容易发生扩容、松动以及挤出的变形现象，因此加强对回采巷道的支护非常关键，通过锚网支护可以提升煤帮的变形控制，如果锚杆支护再加钢带的话，支护的效果会更好。

3 锚网支护施工工艺及质量标准

3.1 锚网支护施工方法以及工艺

3.1.1 巷道支护施工顺序。巷道的支护顺序是：首先在巷道实施挖掘后，要及时进行临时支护，临时支护应该采取两根钢管作为前探梁，钢管的厚要达到3.0英寸，长度要3.5米，然后通过螺帽和钢圈悬吊在锚杆上，对岩层顶板进行支护，并且用刹杆将顶板背实，用于临时支护；其次及时安装巷道支护的其它装置，比如锚杆、金属网以及锚索等配合围岩的支护，保证煤块井下开采空间的稳定性；最后要及时喷射混凝土，并且混凝土的喷射厚度要达到规定的要求。

3.1.2 临时支架安装方法。首先在对巷道进行通风安全检查后，操作人员站在永久支护下，用不小于2.5米的工具对顶、帮的煤进行干净处理，然后操作人员迅速向前移动到前探梁要求的距离后，将金属片等置于前探梁上，并且绞尽。一般情况下上前探梁的人数应该为5人。其次在操作期间如果发现顶板的压力过大，并且顶板存在声响的话，应该立即停止作业，并且施工人员要迅速撤出，带顶板稳定后，再由外向里加强柱帽支护后再施工。如果顶板存在严重的不平现象，巷道开口处没有办法使用前探梁的话，就必须要采用轻型的单体液压支柱进行临时支护。

3.2 安装锚杆、钢筋梁、金属网及锚索施工方法

3.2.1 顶板锚杆支护工艺流程。首先操作人员站在临时支护下方，按照钢筋托链限定孔位，一般情况下先对中间的顶锚杆进行钻眼，然后再进行其它部分的锚杆。顶锚杆的安装顺序为：钻眼、清孔、在眼孔中注入树脂药卷、用拧上螺母的锚杆头顶住树脂药卷放入钻好的孔眼中、用搅拌机连接钻研机锚杆尾部，并且用钻眼机搅拌锚固剂，时间为20秒左右，然后停止搅拌，并且等待1分钟后，用钻机拧上螺母。其次安装顶板锚杆。顶板锚杆的安装顺序应该是先中间，后两边的顺序，一般情况下，顶板锚杆钻孔时先用短钎杆，然后再换长钎杆，钻头应该采用φ28mm，在使用钻孔机进行钻孔前，要先将锚杆机升起，并且将钻头置于相应的位置，以此保证钻头钻孔的角度，保证钻孔达到预定的孔深，在钻孔完成后，要对孔眼的煤灰和泥浆进行清理。钻孔之间的距离一定要符合锚杆安装距离的要求，可以允许钻孔的排距值大于或小于50mm，锚杆的施工要按照间距施工。

3.2.2 帮锚杆支护工艺流程。首先帮锚杆支护施工前，要先布置锚杆眼，利用有色笔在岩石表面确定钻眼的位置，安装帮锚杆的工艺同顶板锚杆的施工工艺基本相同，其在钻眼时也是先确定钻眼的角度，然后利用短钎杆套长钎杆的方式，进行帮锚杆支护的钻眼；在完成上述工艺流程后，要向钻孔注入相应的树脂药卷，一般选择Z2360中速药卷，根据施工需要，如果巷道超过3米的话，必须要在旁边进行锚杆支护施工。帮锚杆的重量要达到5吨，并且其预紧力要达到3吨，这样才能保证巷道空间的安全。

3.2.3 锚索支护工艺流程。锚索支护工艺的安装主要包括以下环节：①锚索安装。首先锚索应紧跟工作面安装，严禁滞后。其次在锚索的钻孔位置注入相应的树脂药卷，注入药卷的程序为：先注入一支超快速药卷，然后注入两支中速药卷，并且将药卷强推进钻孔内；锚索要利用专业搅拌机和锚索机进行链接，再搅拌开始阶段，要控制搅拌的速度，避免过快，在锚索全部进入锚索孔后再加速，一般搅拌的时间为30秒左右，在搅拌完后，要最少等待1分钟后，再拆除相应的设备。最后搅拌结束半个小时后，再进行其它设备的安装，保证预紧力达到10吨。②拆除设备必须要在各种设备停止运行的情况下进行，避免出现安全事故，同时搅拌机一定要插入钻机底部，注药时要有人护住钢绞线，避免出现伤人事故。③如果施工的高度过高，需要搭设架时，一定要保证搭设架子的质量，避免出现站在皮带上锚索。

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