大倾角软岩巷锚网索支护技术的应用

文/陈立良

大倾角软岩巷锚网索支护技术的应用

文/陈立良

煤巷锚网索支护技术已在全国多数重点煤矿应用多年，且使用效果良好，但在南方地质条件较复杂的小型煤矿推广应用难度大，极少采用。本文以湖南白山坪矿业公司所属的磨田煤矿复杂煤层3261工作面-300m运道为研究试验对象，根据其煤层地质和岩层条件应用锚网索支护技术，并进行了围岩变形监测，为相似地质条件煤矿的顶板支护提供了设计依据。

一、巷道地质概况

磨田煤矿3261工作面煤层厚度、坡度变化较大，属变化复杂煤层，且煤层大都为30°以上的大倾角，极易发生抽冒型垮顶，施工难度较大。工作面运道标高-300m，设计总长约为719m，对应地表标高为+110m~+ 175m之间，即工作面埋深为410~475m，平均垂深为443m。煤层坡度为0~90°，但坡度上限大都在52°以内，平均约31°，煤厚为0~2.85m，平均厚度1.81m，煤层容重为1.63t/m3。煤层硬度系数为0.5～3，地温约22℃，无冲击地压危险，但偶有打“煤炮”动力现象，不易自燃，煤尘无爆炸危险性。煤层绝对瓦斯涌出量一般低于0.5m3/min，属低瓦斯煤层。工作面水文地质简单，仅有偶尔的少量顶板裂隙渗滴水，最大涌水量为1m3/h，最小涌水量为0.01m3/h。工作面瓦斯和水对支护基本无影响。

二、巷道锚网索支护技术研究

磨田煤矿3261工作面运道巷道设计断面规格为净断面3500×2700，毛断面3700×2800，巷道高是以中线为基准的，巷道底板为水平，两帮为铅垂直边，巷道顶板依煤层坡度而变化，尽量保持顶板的完整性，这是复杂煤层巷锚网索支护设计和施工的关键，这也有利于工作面回采和巷道维护。

1.施工工艺

当煤层坡度大于45°、煤厚约为1.8m情形时，一般煤体易出现随掘随抽冒垮落的现象，或煤层松碎，发生“煤炮”冲击垱头。此时应采用单体液压支柱配合DBF兀梁进行支护，紧靠垱头面架好4个临时棚。架棚时，棚顶、棚帮套好钢丝网，用竹帘或荆笆等材料关棚严实，采用11号工字钢前探梁辅助架设，并用竹帘荆笆关严垱头。然后从垱头向前超前注浆加固，每段注浆加固长约6~12m，向前掘2~8m，后方临时支护相应迈步地向前移，循环注浆、循环进尺。注浆孔直径约为φ42mm，孔长7~15m，注浆导管长2~3m，注浆初压0.3~0.7MPa，终压3MPa。施工注浆钻孔出现垮孔现象时，应用风煤钻交替快速钻浅孔，交流注浆加固浅部煤层，再向深部钻孔达设计值。注浆材料采用高水材料，水灰比为1.7。采用ZY650型钻机钻注浆孔、ZBQ-5/11注浆泵注浆，巷道后方管线吊挂整齐，注浆超前加固严格按措施施工。架临时棚加固及超前注浆加固平、断面图分别见附图1、2。

图1 煤巷锚网索过破碎带加固及架临时棚平面网

2.锚网索支护设计

（1）顶锚杆采用φ20×2200mm左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆，顶锚杆间排距900×800mm，矩形布置。每个锚杆孔使用2支Z2350树脂锚固剂或一支K2335和两支Z2335树脂锚固剂，经测算锚固长度在1000mm左右。

（2）帮锚杆采用φ18×1800mm左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆，帮锚杆间排距800×800mm。每个锚杆孔用一支K2335和一支Z2335树脂锚固剂，锚固长度约700mm左右。研究结果表明，帮下角锚杆能有效控制巷道底臌，帮下角锚杆向下扎角15°左右。

（3）采用菱形金属网贴壁护表，并尽量拉紧拉直，提高锚网支护系统的护表能力，防止片顶、片帮形成网兜或锚空。网间搭接100~200mm，不少于100mm，网后凹凸不平处，采用坑木充填严实，采用荆笆、竹帘等进一步关严、关牢受力。

（4）锚索作加强支护用，锚索型号为 φ17.8× 6300mm。顶板上方布置2排锚索，并在上帮煤层距底板以上约400mm布置1排。沿巷道轴向共布置3排，锚索间距为2400mm。顶板上2排锚索布在巷道中间，排距为1500mm，上帮侧锚索与顶板两排锚索平行，便于安装钢带牵固。

（5）顶、帮锚杆孔必须分别用顶、帮锚杆钻机钻眼，钻头直径φ27。帮部若用风钻打眼，须采用φ32小钻头，并采用与之相配套的树脂药卷。钻孔直径和锚杆直径之差为6~10mm，钻孔直径与树脂锚固剂直径之差为4~8mm。

（6）煤层上帮易片帮变形，需在煤层上帮侧按梅花形布置一排纵向锚杆配纵向钢梁作补强支护。

（7）锚杆托板采用厚度为10mm球形托盘，大小为120×120mm，材质为A3钢加工并采用带球形垫座的螺母，在球形托板上加工球形窝，以利锚杆适应任何角度的安装。

（8）锚索托板为200×150×15mm槽钢。纵向钢丝绳采用φ18～φ24的废旧钢丝绳分节用绳卡固定连接。

图2 A向巷道断面及注浆孔布置图

三、支护效果

为了检验锚网索支护方案实施后的支护效果，在巷道的顶板和两帮分别布置观测点，对围岩变形量及锚杆、锚索受力进行监测。监测结果表明，磨田煤矿3261工作面采用锚网索支护后，随着掘进工作面的不断推进，测点的表面位移逐渐增大，当工作面推过观测点80m左右时巷道表面位移达到最大值，然后趋于稳定，顶板下沉最大为350mm，最小为100mm，两帮移近量最大达到500mm，最小为100mm，底臌基本在50mm左右，控制巷道变形达到预期效果，巷道可以正常使用。

四、结语

1.煤巷锚网索支护可充分发挥围岩自身承载能力，有效控制围岩变形与破坏，实践表明，煤巷锚网支护效果好于架棚支护。

2.磨田煤矿3261工作面运道净规格3.5×2.7m的锚网索支护相对于同等规格的金属架棚巷道支护费用较低，且锚网支护的材料轻，搬运、运输方便，支护操作劳动强度小，煤巷锚网支护抗压力大，巷道变形量小，巷道维护量小，并可实行大断面机械化作业，其经济、社会效益明显，值得大范围在南方复杂煤层中推广应用。

3.应用过程中，要特别注意根据不同顶、底板坡度，煤层厚度及时调整施工参数。对于松软、易跨落煤层，必须先采用架迈步式临时棚，然后在临时棚下施工锚、网、索永久支护；对于很松软、易抽芯及打“煤炮”带煤层，则必须采用钻孔超前注浆加固措施。

（作者单位：湖南黑金时代白山坪矿业有限公司）

（责任编辑：周琼）