大断面、联合支护技术在深井中的应用

李姜山

摘 要：锚网索喷支护加固围岩是加固自身强度的新型工艺，合理利用锚网索喷支护能够达到理想的支护效果，确保安全生产。文章从巷道破坏原因、锚网索喷联合支护机理等分析出发，对大断面、联合支护技术在深井中的应用作深入分析，以期对技术应用和行业同仁有所帮助。

关键词：矿井；锚网喷支护锚；巷道；应用

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）14-0034-02

随着矿井的大型化、开采深度的增加及开采力度的加大，矿井巷道断面也在变大，巷道的破坏程度增大，维护费用随之增加。为了实现大断面高强度支护，一次性投入之后巷道返修率少，达到巷道成本合理化。经实践，增强支护效果可以有效地控制围岩变形，降低支护投入，提高了矿井经济效益。

1 巷道破坏原因

巷道断面增大，压力随之变大，面对如此之大的压力，给矿井安全生产带来了隐患，经实践分析，巷道破坏成因主要有以下几方面：

①重力应力场压力大，加上煤系地层显著的软岩特征，造成重力应力场应力值高，作用在支护结构上的重力载荷大，当支护结构承受不了重力该荷载作用时，必然产生变形，破坏巷道支护结构。

②地质构造复杂，层里柱发育，断层较多，因此原岩构造应力大。

③煤层底板至巷道顶板的覆岩结构中，以泥岩和粉砂岩为主，其中泥岩易层理发育，强度低，风化速度较快，遇水具有泥化性，自稳时间短、性能差。

④采动影响是巷道破坏的最主要原因之一。

2 锚网索喷联合支护机理

①开掘巷道后，围岩应力随巷掘进进度而变化。由三向受力状态变为二向受力状态。高强度锚杆，具有锚固岩体力学的性能，使松动圈内的岩体受力平衡，有效的控制围岩塑性区和破碎区的发展，最终达到巷道围岩稳定的目的。

②采用钢筋网提高了围岩面的抗拉变形通力，有效控制围岩的变形量，同时通过钢筋网形成一个有机的支护体，整体支护能力得到提高。

③锚索支护是目前最可靠的一种支护手段，具有锚固深度大，承载能力强的优点。围岩预应力较大时，能将巷道的围岩应力由暴露面向深部围岩转移，使围岩深部受力，达到平衡状态，因而可获得很理想的支护效果。

④暴露面破碎煤岩体经喷栓后重新胶结成一体，使锚杆、锚索的锚固力更加牢固可靠，围岩承载能力整体化，巷道围岩不易变形等优点。煤岩稳定性差，应加大喷厚，但厚度是有限的，过厚其柔性值下降，脆性值增加，喷层容易出现围岩离层，导致围岩形成的承载结构失衡，破坏巷道。

3 支护方案的实施

巷道断面参数的确定，巷道为半圆拱型断面净宽5.47 m，直墙高1.6 m，采用锚网索喷支护参数支护包括锚、网、索、喷支护。

①锚杆采用树脂加长预应力锚固锚杆，间排距为950×1 100 mm，锚杆盘要紧贴煤壁，锚杆外露长度为4 cm，整个施工过程严禁空顶作业，锚杆眼要位置准确，与煤壁尽量垂直，夹角≥75 ？觷，打眼应按由外向里、先顶后帮的顺序依次进行。在作业过程中，顶板支护是重中之重，与安全生产密切相关的还有两帮支护，若不及时或支护不好，两帮受力大，极易片帮，承载能力相对下降，松动圈变大，出现肩窝下沉、断裂的现象，顶板跨距随之增大。因此，必须及时加强两帮支护。围岩破碎时及时使用锚杆超前支护。

②金属网钢度和网筋强度必须满足巷道的支护要求，具有一定的抗弯、抗剪能力。可选用1 100×2 000 mm钢筋网。网片大小要合适，作业人员使用方便。最后用锚杆托盘压紧金属网梁。

③锚索间排距为1 900×2 200 mm。锚索端头托梁采用“工”字钢或槽钢，长度不小于500 mm打眼后检查锚索眼质量，不合格的及时处理；打锚索眼时，要注意观察钻进情况，发现异常时，必须迅速闪人，防止断钎伤人。巷道支护高度已经超过3 m，必须设有脚手架或搭设工作平台，工作平台要牢固可靠。树脂锚固剂凝固1 h后进行张拉和顶紧上托盘工作。

④喷砼时，施工人员必须站在施工地点的上方支护完好处，喷浆顺序由上向下依次进行，严格执行“敲帮问顶”制度，及时处理掉顶板及两帮的危岩活石，并指定专人监护顶板，如发现巷道压力突然增大，必须立即停止施工，按避灾路线撤出人员。喷射混凝土厚度120 mm，铺底100 mm，混凝土等级C20。注浆时因故停水时要停止作业，防止设备发生事故。减少巷道围岩受水侵蚀，提高巷道围岩的稳定性能。

4 支护效果

巷道支护质量好与坏直接影响服务年限及维修费用。巷道支护质量低劣，投入使用期间要进行多次维修，在安全上带来危害，经济上也不合理，锚、网、索、喷联合支护人工成本和前期材料成本投入大，但此巷道服务年限长，采用锚、网、索、喷联合支护效果好，综合费用低，能够满足大断面巷道生产需要。

5 锚、网、索、喷联合支护的质量保证措施

①必须使用有煤矿安全标志的锚杆、锚索、树脂锚固剂不合格材料严禁使用。

②整个施工过程严禁空顶作业，掘进后，必须首先打顶锚杆进行临时支护。挂网前，必须对巷道进行整形，符合设计断面尺寸要求时方可挂网。巷道施工严格按要求进行封帮封顶，钢筋网必须紧贴煤壁。锚杆外露长度1～4 cm。施工期间不得使用顶板锚杆起吊重物。变质的树脂锚固剂严禁使用。

③锚杆眼间排距允许误差±100 mm，每排锚杆布置在一个平面内。作业时因顶板破碎或片帮造成巷道超高或超宽时，必须打补锚杆进行补强。

④网间压接80 mm

⑤锚索安装后需张拉，发现不达标的锚索，及时补打合格锚索。发现预紧力下降，及时二次预紧。

锚杆是锚、网、索、喷联合支护体系中最主要的承载结构，其支护质量的好坏，与矿井安全生产密切相关。为了保证施工质量，在喷栓前必须建立了锚固力测试机构及相应的管理制度，须对锚固力进行抽检采取边施工、边观测，及时对量测的数据加以分析、判断，并把测量的结果及时做好记录。每次抽样一组，每组3根锚杆进行测试，要求每根锚杆的拉拔力都在180 kN以上，测试的数据及时记录，如发现检测不合格的锚杆，及时在其周围打补锚杆，为防止失效锚杆被锚固力测力计拉出来，要求做拉拔试验时，被测锚杆附近严禁站人，拉拔试验测试后及时将螺母拧紧拧牢。

质量是安全的基础，安全是生产的保障，只有质量标准化建设搞得好，做得实，安全生产才有保障，生产秩序才不能被打乱。

6 锚、网、索、喷联合支护与金属支护比较

①掘进后采用锚、网、索、喷支护可以及时打补顶锚杆，有效地控制顶板，属于主动支护。掘进后采用金属支架支护空顶时间长，具有顶板冒落的隐患，属于被动支护。

②掘进巷道需人工运料，采用锚、网、索、喷联合支护的巷道运料时，支护材料体积小、重量轻方便运输的优点。采用金属支架支护的巷道运料时，因重量大，运输费时费力，增加劳动强度，且架棚需多人配合操作，施工速度慢。

③锚、网、索、喷联合支护是目前较先进的支护工艺，由锚杆加固围岩，在由锚索使围岩深处受力，共同支撑巷道具有安全可靠性。

7 锚网索喷支护技术需要注意的问题

由于地质条件较复杂，在采用锚网索喷支护技术时，需精确了解围岩结构和煤层厚度变化的情况，如若发生较大变化时，及时调整其参数值和支护形式。地质条件变化时，帮顶比较难维护。片帮和围岩松动将影响围岩的自承能力达到最大值。两帮片落严重时会出现整体支护失稳，因此两帮管理不能松懈。

8 结 语

大断面巷道采用锚、网、索、喷联合支护这一主动支护形式，能够有效的控制顶板下沉及巷道变形，巷道维修量减少了，支护的可靠性得到提高，为矿井安全提供有效的保证。

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