浅谈大断面半煤岩锚网支护参数优化“五步法”

张宝春+吴建辉+潘小伟

摘 要：大断面半煤岩锚网支护巷道综掘快速成巷技术一直是煤矿掘进施工的难题。长期以来，国内外众专家对于巷道快速掘进和顶板控制技术的研究一直没有间断，也取得具有代表性的巷道快速掘进和控制技术。对于大断面半煤岩锚网支护开掘巷道而言，支护参数的优化技术直接影响着巷道的快速成巷。在平煤股份八矿丁一上部集中运输巷采用锚杆支护信息动态设计五步法，优化了巷道的支护参数，加快了成巷速度，同时减少了材料消耗，具有积极的推广意义。

关键词：大断面；锚杆支护；参数优化；五步法

1 概述

锚杆支护设计是煤巷锚杆支护技术中的核心内容。如果参数选择或支护形式不合理，会造成两个极端：一是支护强度太高，浪费材料，影响巷道的快速掘进；二是支护强度不够，发生冒顶事故。因此，锚杆支护形式和参数的选择对锚杆支护的优越性具有重要意义。

为了更好适应现场，实现巷道快速成巷，提出在大断面半煤岩锚网支护巷道中采用锚杆支护信息动态设计“五步”法，通过对实际支护的监测，积极主动与煤矿设计部门联系，分析相关数据，并运用相关理论进行科学论证，优化巷道支护参数。

2 锚网支护动态信息设计“五步”法

锚杆支护动态信息设计法包括五部分：施工地点调查和地质力学评估；初始设计；井下支护效果监测；信息反馈和支护参数优化；优化后井下监测。该设计方法具有两大特点，即动态性与信息性：一，设计是一个动态过程；其二，设计充分利用各种信息。

初始设计支护效果监测信息反馈和支护参数优化后支护效果监测施工地点调查和地质力学评估。

采用锚杆支护信息动态设计法，通过对实际支护效果的监测，积极主动与矿设计部门联系，分析相关数据，并合理利用锚杆支护相关理论进行科学论证，优化巷道支护参数。

3 支护参数优化分析

3.1 施工地点调查和地质力学评估

施工地点调查包括围岩强度、围岩结构、地应力、锚固性能测试及相邻或相似巷道的支护设计等内容，在此基础上进行地质力学评估和围岩分类，为初始设计提供可靠的参数。

丁一上部集中运输巷，沿丁5.6煤层顶板，丁5.6煤层局部伪顶为0～0.3m炭质泥岩，直接底为砂质泥岩，局部为细砂岩，含丁4煤（局部有缺失现象），基本顶为细至粗粒砂岩。煤层底板为泥岩，遇水易膨胀，基本底为砂质泥岩及条带状细砂岩。

3.2 支护参数初始设计

巷道初始设计采用解析法、工程类比法和围岩松动圈分类法进行，根据围岩参数和己有实测数据确定出比较合理的初始设计。丁一上部集中运输巷初始设计采用经验法进行，根据围岩参数和已有实测数据确定出合理的初始设计，进行验算。然后将初始设计应用于井下，进行日常监测，保证巷道的安全。

丁一上部集中运输巷支护参数及设计断面：净宽×净高=5200×3300mm，S=17.2m2。帮锚杆选用Φ20×2400mm的高强锚杆，顶锚杆选用Φ20×2400mm的让压锚杆，锚索选用Φ17.8×6500mm的高强蜂窝式钢绞线锚索。

3.3 支护效果监测

3.3.1支护效果监测的目的及内容

（1）支护监测目的

完整的现场监测资料可以为巷道支护的成功实施提供基础数据，是巷道支护工程得以巩固和发展的重要保证。

（2）支护监测的内容

第一，巷道表面位移观测：包含两帮相对移近、顶底板相对移近、顶板离层下沉等。第二，顶板离层监测：顶板离层是指围岩中布置的两测点之间以及锚杆端部围岩与巷道顶板表面之间的相对位移值。当其达到一定数量，锚杆端部岩层同深部岩层之间产生离层现象。第三，锚杆受力监测：通过仪器监测锚杆的受力情况，及时了解锚杆的工作状态。第四，锚索受力监测：锚索作用是将锚杆支护形成整体悬吊，维护巷道安全。

3.3.2支护效果监测及数据分析

（1）测站和测点的布置

从巷道掘进开始，每隔30～50m布置测站，分别以1#、2#等沿丁一上部集中运输巷工作面向里依次编号，并在巷道顶板中心位置安装离层观测仪，记录两个基点（即深基点、浅基点）的位移或者离层变化数据，监测锚杆锚索锚固范围内的顶板离层量变化。

测站内测点位移一般按“十字交叉法”布置，观测巷道顶底板及两帮的相对移近量。

从图表的曲线可以看出，24天内两帮移近量较大，顶底移近量不大，最大不超过6mm，顶板离层量也是，12天后变形趋于稳定，巷道总体收敛量不大，说明原设计支护参数过于保守，应适当减少支护密度，降低支护成本。

3.4 支护参数优化及日常监测

3.4.1支护参数优化

根据井下现场监测信息验证对初始设计进行修改，优化支护参数，使设计更加合理。例如，当巷道表面位移过大，说明巷道支护强度小，应当加强支护；当巷道顶板无离层、表面位移很小时，适当减小支护密度，为巷道综掘快速施工提供技术保障。

3.4.2 支护参数优化后日常监测及数据分析

通过对施工巷道的“十字”位移及顶板离层仪的观测，巷道施工后9天内顶底板最大移近量为10mm，两帮为26mm，离层量都未超过8mm；巷道施工24天内顶底板最大移近量为14mm，两帮为38mm，离层量都未超过10mm，顶板变形不大，处于可控范围。说明优化后巷道支护参数合理，能保证巷道安全稳定，同时扩大排距，减少锚索支护密度，循环进尺量由1.6m增加到2m，并缩短锚索时间，不仅节省材料费用，而且提高巷道掘进速度。

4 应用效果

通过支护参数优化的实施，大断面锚网支护单进水平能够得到大幅度提高，综掘机械化作业水平得到提高，同時克服不利因素，消除系统影响，2016年3月丁一上部集中运输巷创造公司综掘单进527m的新记录，为此，大断面半煤岩锚网支护综掘快速掘进技术能够应用推广。

5 小结

在丁一上部集中运输巷，通过采用锚网索支护动态信息设计“五步”法优化了巷道的支护参数，增加了锚杆排距，减少了锚杆、锚索的支护密度，从而提高掘进速度，为大断面半煤岩锚网支护巷道的快速成巷奠定了基础。

参考文献

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