预应力锚索—锚网、钢带联合支护的研究与试验

庞振兴

摘 要：采用预应力锚索加固顶板的成功经验，给我们带来思想启迪。经采用工程类比法，选择预应力锚索—锚网、钢带联合支护，是比较理想的支护，达到了设计目的和生产要求，为红阳三矿半煤岩巷支护取得了宝贵的实践经验，具有广泛的推广意义。

关键词：预应力锚 索 锚网 钢带 联合支护 研究

中图分类号：TD353+.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0087-02

红阳三矿于1997年在北一下采区1202工作面成功使用了锚网、钢带联合支护。1202工作面，上、下顺槽不需维修。根据下采区上、下顺支护的成功经验，我们在北一上采区上、下段采区半煤岩巷仍然采用锚网、钢带支护，效果良好，但在施工上采下段集中运输巷过程中，多次过断层，顶板下沉量较大，底板出现底鼓，钢带压断，部分顶板锚杆托盘脱落，失去支护作用，甚至有冒落段现象。如何解决掘进施工中地质条件复杂、构造多、围岩应力较大半煤岩巷的支护，是我们要解决的又一问题。为此我矿引进了预应力锚索支护技术，用以加固顶板，抑制顶板下沉。经过20d的观察量测，已打完锚索顶板状态稳定，保持完整，取得了良好的支护效果。

综上所述，研究新的支护技术是我们面临的新课题，采用预应力锚索加固顶板的成功经验，给我们带来思想启迪。经采用工程类比法，选择预应力锚索—锚网、钢带联合支护，是比较理想的支护。

1 北二上采胶带下山试验工程概况

1.1 地质概况

1.1.1 煤层

7煤为复合煤层，由7-1煤、7-2煤和7-3煤组成。7-1煤平均厚0.34 m；夹矸泥岩，平均厚0.76 m；7-2煤平均厚0.41 m；夹矸泥岩，平均厚0.17 m；7-3煤平均厚1.11 m。

1.1.2 顶板

7-1煤顶板为黑色泥岩，平均厚0.50 m；其上依次为泥岩、粉砂岩互层，平均厚10.70 m；细砂岩，平均厚7.60 m。

1.1.3 底板

7-3煤底板为粉砂岩，平均厚0.15 m；其下为中砂岩，平均厚8.0 m。

1.1.4 坚固性系数

7-1煤顶板泥岩、粉砂岩，f=2.7～4.5；7煤，f=0.3；7-3煤底板中砂岩，f=6.2。

1.1.5 构造

以小断层为主，均为正断层。其中有落差5 m的断层一条，落差1.5 m的断层1条，落差均小于1 m的断层7条。断层均与巷道斜交。

1.2 设计概况

北二上采胶带下山设计全长840 m，断面为矩形，掘进断面11.8 m2，设计为预应力锚索—锚网、钢带联合支护，沿7#煤顶板掘进。见图1所示。

2 预应力锚索—锚网、钢带联合支护在半煤岩巷中具体应用

2.1 预应力锚索—锚网、钢带联合支护参数选择

2.1.1 锚杆参数选择

锚杆支护欲要发挥出优越的技术经济效果，科学地选用锚杆是十分关键的问题，根据其它煤炭企业的经验，结合临近矿区的地质情况，我矿最后选用了螺纹钢树脂锚杆，锚杆端头用2支树脂锚固剂固定在孔底煤岩中。

根据实践经验和现场对锚杆的量测，经过充分的论证，在特邀专家煤炭科学院北京开采所鲍海山教授指导下，杆体选用20 mnsi普通Ⅱ级螺纹钢筋，直径φ22 mm，顶锚杆长度2.2 m，顶角锚杆长与水平呈70 °，与法向呈20 °角，其它锚杆均垂直顶板。帮锚杆1.6m。上、下帮锚杆与水平呈15 °角，其它帮锚杆垂直巷帮。锚杆螺母预紧程度以采用12#搬手人力拧不动为准。

2.1.2 锚索参数选择

索线是由7股6 mm钢丝扭束组成，托盘为厚20 mm钢板，规格为300 mm×300 mm。索线上端头用3支树脂锚固剂固定在孔底岩石中。

锚索的长度主要考虑两个因素：锚索上端头固定在比较坚硬的岩层内；上端头应超过围岩松弛范围2 m，这样可以充分发挥锚索的作用。

选择稳定坚硬岩层，主要根据地质资料、已揭露岩层、及打锚索孔时的打眼钻进情况确定。根据红阳三矿岩层特点，一般固定在粉砂岩层中，而不固定在泥岩中。

岩层松驰范围主要根据顶板离层观测及周围岩石巷道施工中揭露岩层情况确定，通过综合分析，北二上采胶带下山的松弛范围推测2.5 m左右，而锚索上端头应锚固在超出松动圈范围2 m。

通过上述推断，选用5 m长锚索，呈五花布置，角度如图1示。在有构造区段应适当加密布置。

施加预应力采用YCD-180型电动油压千斤顶，额定拉力18 t，行程150 mm。张拉索线预应力达到14 t。

2.1.3 金属网、钢带参数选择

锚杆（锚索）及其托盘将金属网紧压在巷道的周壁上，把巷道顶帮背严，锚杆（锚索）与背网形成一个相互连接的、完整的支护体，这种支护体可以在围岩有较大变形的情况下，使巷道周壁保持完整。金属网目一般为70 mm×80 mm。铁丝规格一般不小于10#；钢带的加工由为φ14 mm的钢筋对接焊制的强度。

根据锚杆（锚索）锚固力测试情况，锚杆（锚索）的间排距我们确定为700 mm ×800 mm，锚杆（锚索）为矩形布置。

2.2 锚杆（锚索）施工

2.2.1 锚杆（锚索）施工

按锚杆（锚索）的布置方式，使用锚杆机打锚杆（锚索）眼。由于受巷道高度限制，使用套钎打眼。安装时先用锚杆（锚索）把树脂锚固剂送到孔底，在送递过程不能用力过大，以防破坏树脂锚固剂，送上以后，用锚杆机驱动锚杆（锚索）旋转，使树脂锚固剂均力搅拌，上升锚杆机，使锚杆（锚索）上端头到达眼底，待树脂锚固剂与索线、眼壁岩石成为一体，再卸下锚杆机。endprint

2.2.2 锚索预应力的施工

施加预应力采用YCD-180型电动油压千斤顶。当油压千斤顶卡住索线后，千斤顶推进索头及托盘上升，张拉索线预应力达到14吨，千斤顶卸载，索头因自身逆止机构作用使托盘及自身固定于索线上千斤顶加载时推至的位置，不能回退。

2.2.3 锚杆（锚索）施工中注意的问题

一是用锚杆（锚索）推送树脂锚固剂过程中，易破坏树脂锚固剂，使锚杆（锚索）送不到预定位置而被卡住，发生这种情况需要抽出锚杆（锚索），使用套钎并将锚杆机施工用水开至极限后驱动锚杆机，利用套钎透眼，然后继续安装。二是在锚杆（锚索）上端头搅拌树脂锚固剂至预定位置凝固前，一定要充分搅拌，即用锚杆机驱动锚杆（锚索）旋转。三是锚杆（锚索）眼角度要符合设计要求，否则不能达到预定锚固深度。四是索线外露长度不宜超过300 mm，如果外露过长不能达到预定锚固深度，也不能小于200 mm，否则千斤顶无法卡住索线，无法处理而报废，必须重新补打；锚杆外露长度不宜超过60 mm，如果外露过长不能达到预定锚固深度，也不宜小于40 mm，否则锚杆螺母不能全扣安装，影响支护效果。五是各个锚索、顶锚杆、帮锚杆的预紧力要分别相同，否则围岩受力不均匀，支护效果不佳。

3 几点体会

（1）掘进速度快，通过北二上采胶带下山实验工程掘进看，最高日进尺达24 m，最高月进尺达到330 m。

（2）巷道变形量小，避免了巷道在掘进期间的维修工作，克服了巷道前掘后修的弊病，减少了掘进期间的维修费用。

（3）可以大大减轻工人劳动强度。锚网、钢带支护巷道维修工作，工字钢支架从搬运到安装都很重，需要大量的劳动力去搬运安装，而采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护只一个人就可以搬运，两个人就可以很轻松地安装。

（4）减去了回采时两巷的翻棚及回收环节。锚网、钢带支护巷道维修工作一般采用工字钢支架，采用工字钢支架维护后，两巷的超前替换棚的工作量很大，而繁索又影响回采的推进速度，而预应力锚索—锚网、钢带联合支护对回采期间的两巷管理就相当简单和容易了，可以大大加快回采速度。

（5）经济效益可观，相对工字钢支架维护巷道，即节约资金又省时省力，单从材料的加工制做及运输费用上看就很可观。

4 锚网、钢带支护与预应力锚索—锚网、钢带联合支护比较

由于锚杆支护设计即使可以满足巷道正常地质条件的支护需要，甚至强度过剩，但在我矿围岩条件恶劣时，支护强度却不足，不能适应地质条件频繁变化的支护需要。在局部地质复杂地段锚网、钢带支护不能满足要求，造成支护变形，顶板冒顶、塌方、片帮严重，需要经常翻修，严重影响了施工进度和安全系数。经过对现场的观测，对采用单一的锚网支护巷道与预应力锚索—锚网、钢带联合支护巷道进行比较，采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护加以弥补，在锚网支护的基础上，首先预应力锚索提供强大的主动支护，加强锚网与岩层的整体性；其次锚索长，锚固在稳定的顶板岩层中，使支护始终处于有效长度内，保证了支护质量。采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护，巷道稳定性得到有效提高。

通过锚固力测试及顶板离层观测和生产实践，预应力锚索—锚网、钢带联合支护技术达到了设计目的和生产要求，在我矿半煤岩巷道施工中得到推广应用，为红阳三矿半煤岩巷支护取得了宝贵的实践经验，具有广泛的推广意义。endprint

2.2.2 锚索预应力的施工

施加预应力采用YCD-180型电动油压千斤顶。当油压千斤顶卡住索线后，千斤顶推进索头及托盘上升，张拉索线预应力达到14吨，千斤顶卸载，索头因自身逆止机构作用使托盘及自身固定于索线上千斤顶加载时推至的位置，不能回退。

2.2.3 锚杆（锚索）施工中注意的问题

一是用锚杆（锚索）推送树脂锚固剂过程中，易破坏树脂锚固剂，使锚杆（锚索）送不到预定位置而被卡住，发生这种情况需要抽出锚杆（锚索），使用套钎并将锚杆机施工用水开至极限后驱动锚杆机，利用套钎透眼，然后继续安装。二是在锚杆（锚索）上端头搅拌树脂锚固剂至预定位置凝固前，一定要充分搅拌，即用锚杆机驱动锚杆（锚索）旋转。三是锚杆（锚索）眼角度要符合设计要求，否则不能达到预定锚固深度。四是索线外露长度不宜超过300 mm，如果外露过长不能达到预定锚固深度，也不能小于200 mm，否则千斤顶无法卡住索线，无法处理而报废，必须重新补打；锚杆外露长度不宜超过60 mm，如果外露过长不能达到预定锚固深度，也不宜小于40 mm，否则锚杆螺母不能全扣安装，影响支护效果。五是各个锚索、顶锚杆、帮锚杆的预紧力要分别相同，否则围岩受力不均匀，支护效果不佳。

3 几点体会

（1）掘进速度快，通过北二上采胶带下山实验工程掘进看，最高日进尺达24 m，最高月进尺达到330 m。

（2）巷道变形量小，避免了巷道在掘进期间的维修工作，克服了巷道前掘后修的弊病，减少了掘进期间的维修费用。

（3）可以大大减轻工人劳动强度。锚网、钢带支护巷道维修工作，工字钢支架从搬运到安装都很重，需要大量的劳动力去搬运安装，而采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护只一个人就可以搬运，两个人就可以很轻松地安装。

（4）减去了回采时两巷的翻棚及回收环节。锚网、钢带支护巷道维修工作一般采用工字钢支架，采用工字钢支架维护后，两巷的超前替换棚的工作量很大，而繁索又影响回采的推进速度，而预应力锚索—锚网、钢带联合支护对回采期间的两巷管理就相当简单和容易了，可以大大加快回采速度。

（5）经济效益可观，相对工字钢支架维护巷道，即节约资金又省时省力，单从材料的加工制做及运输费用上看就很可观。

4 锚网、钢带支护与预应力锚索—锚网、钢带联合支护比较

由于锚杆支护设计即使可以满足巷道正常地质条件的支护需要，甚至强度过剩，但在我矿围岩条件恶劣时，支护强度却不足，不能适应地质条件频繁变化的支护需要。在局部地质复杂地段锚网、钢带支护不能满足要求，造成支护变形，顶板冒顶、塌方、片帮严重，需要经常翻修，严重影响了施工进度和安全系数。经过对现场的观测，对采用单一的锚网支护巷道与预应力锚索—锚网、钢带联合支护巷道进行比较，采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护加以弥补，在锚网支护的基础上，首先预应力锚索提供强大的主动支护，加强锚网与岩层的整体性；其次锚索长，锚固在稳定的顶板岩层中，使支护始终处于有效长度内，保证了支护质量。采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护，巷道稳定性得到有效提高。

通过锚固力测试及顶板离层观测和生产实践，预应力锚索—锚网、钢带联合支护技术达到了设计目的和生产要求，在我矿半煤岩巷道施工中得到推广应用，为红阳三矿半煤岩巷支护取得了宝贵的实践经验，具有广泛的推广意义。endprint

2.2.2 锚索预应力的施工

施加预应力采用YCD-180型电动油压千斤顶。当油压千斤顶卡住索线后，千斤顶推进索头及托盘上升，张拉索线预应力达到14吨，千斤顶卸载，索头因自身逆止机构作用使托盘及自身固定于索线上千斤顶加载时推至的位置，不能回退。

2.2.3 锚杆（锚索）施工中注意的问题

一是用锚杆（锚索）推送树脂锚固剂过程中，易破坏树脂锚固剂，使锚杆（锚索）送不到预定位置而被卡住，发生这种情况需要抽出锚杆（锚索），使用套钎并将锚杆机施工用水开至极限后驱动锚杆机，利用套钎透眼，然后继续安装。二是在锚杆（锚索）上端头搅拌树脂锚固剂至预定位置凝固前，一定要充分搅拌，即用锚杆机驱动锚杆（锚索）旋转。三是锚杆（锚索）眼角度要符合设计要求，否则不能达到预定锚固深度。四是索线外露长度不宜超过300 mm，如果外露过长不能达到预定锚固深度，也不能小于200 mm，否则千斤顶无法卡住索线，无法处理而报废，必须重新补打；锚杆外露长度不宜超过60 mm，如果外露过长不能达到预定锚固深度，也不宜小于40 mm，否则锚杆螺母不能全扣安装，影响支护效果。五是各个锚索、顶锚杆、帮锚杆的预紧力要分别相同，否则围岩受力不均匀，支护效果不佳。

3 几点体会

（1）掘进速度快，通过北二上采胶带下山实验工程掘进看，最高日进尺达24 m，最高月进尺达到330 m。

（2）巷道变形量小，避免了巷道在掘进期间的维修工作，克服了巷道前掘后修的弊病，减少了掘进期间的维修费用。

（3）可以大大减轻工人劳动强度。锚网、钢带支护巷道维修工作，工字钢支架从搬运到安装都很重，需要大量的劳动力去搬运安装，而采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护只一个人就可以搬运，两个人就可以很轻松地安装。

（4）减去了回采时两巷的翻棚及回收环节。锚网、钢带支护巷道维修工作一般采用工字钢支架，采用工字钢支架维护后，两巷的超前替换棚的工作量很大，而繁索又影响回采的推进速度，而预应力锚索—锚网、钢带联合支护对回采期间的两巷管理就相当简单和容易了，可以大大加快回采速度。

（5）经济效益可观，相对工字钢支架维护巷道，即节约资金又省时省力，单从材料的加工制做及运输费用上看就很可观。

4 锚网、钢带支护与预应力锚索—锚网、钢带联合支护比较

由于锚杆支护设计即使可以满足巷道正常地质条件的支护需要，甚至强度过剩，但在我矿围岩条件恶劣时，支护强度却不足，不能适应地质条件频繁变化的支护需要。在局部地质复杂地段锚网、钢带支护不能满足要求，造成支护变形，顶板冒顶、塌方、片帮严重，需要经常翻修，严重影响了施工进度和安全系数。经过对现场的观测，对采用单一的锚网支护巷道与预应力锚索—锚网、钢带联合支护巷道进行比较，采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护加以弥补，在锚网支护的基础上，首先预应力锚索提供强大的主动支护，加强锚网与岩层的整体性；其次锚索长，锚固在稳定的顶板岩层中，使支护始终处于有效长度内，保证了支护质量。采用预应力锚索—锚网、钢带联合支护，巷道稳定性得到有效提高。

通过锚固力测试及顶板离层观测和生产实践，预应力锚索—锚网、钢带联合支护技术达到了设计目的和生产要求，在我矿半煤岩巷道施工中得到推广应用，为红阳三矿半煤岩巷支护取得了宝贵的实践经验，具有广泛的推广意义。endprint