煤矿巷道锚网索支护优化研究

金　蒙

（山西潞安高河能源有限公司， 山西　长治　047100）

引言

在煤矿巷道支护中，锚网索支护方案是主要的支护手段，但是由于巷道的开采深度以及位置的变化，导致整体支护情况受到一定的影响，在此情况下，应该对煤矿巷道锚网索支护情况进行优化研究。

1　工程概况

山西潞安高河能源有限公司煤矿位于山西市，在全区中，东南翼以及水洞沟深部勘测区从+750 m到地面，煤层由倾斜变成直立状态，另外，在断层附近，存在较大的倾斜角变化，深部勘探区的地段倾斜度为12°～20°，平均倾斜度在16°左右，在落差20 m以上的环境中，主要具有3个断层，断层为南北走向，在该地区中，西部和深部的岩浆活动相对强烈，而在东部地区较微弱。

2　工作内容

2.1　锚杆阻力检测

在支护中，主要应用锚杆测力计检测轴向力，在煤矿+200 m开采区中，对于86巷道设计两个监测点，每隔30 m左右一个断面，在顶板以及两侧安装锚杆，应用阻力检测仪进行检测，其受力情况如表1所示。

表1　煤层特征分析表

在对煤层特征分析后，需要对顶底板的情况进行分析，其具体情况如表2所示。

从上述表格的分析中可以发现，在巷道的整体变化中，应力主要由两帮承担，顶部锚杆的支护效果已经失效，巷道顶板在浅部已经逐渐离层，对巷道的整体产生了较大的影响。

表2　煤层顶底板情况分析表

2.2　相对位移检测

在巷道的整体支护中，需要对相对位移情况进行检测，以此来确定整体的使用情况，在86巷道支护中，间隔30 m具有位移断面检测，在顶板基点附近安装锚杆，在中央位置锚固1 m短锚杆检测顶底板的位移量以及巷道的变形情况，根据现场的监测可以发现，在巷道的支护中，存在底鼓情况较为严重现象，致使巷道出现围岩的松动，对巷道整体的承载力产生一定的影响[1]，进而导致巷道的载荷高度增加，因此，在设计的过程中，初期的支护方案存在一定的不合理性。

2.3　围岩松动圈

围岩松动圈表示应力超过一定的范围，现有的支护手段已经难以满足支护需求，其主要表现在破碎岩块啮合不垮落，但是裂缝逐渐扩张，在86巷道的设计中，松动圈值达到150 cm左右，属于一般稳定围岩，通过设计锚杆，可以对其整体支护参数进行分析，其具体数据如表3所示。

表3　86巷道力学参数分析表

通过上述的分析可以发现，在巷道的设计中，可以采用组合拱理论来进行设计，以便满足巷道的锚网索支护需求。

3　设计优化

3.1　材料选择

锚杆选择：直径20 mm；强度为335 MPa，采用左旋无纵筋螺纹钢。

锚索选择：设计预拉力大于200 kN，预拉力为130 kN，采用树脂锚固剂加长锚固。

3.2　优化方案

在86巷道的整体锚网索支护优化中，需要对锚杆的支护方案进行优化设计，在设计过程中，主要采用FLAC数值模拟软件进行分析，在分析中，可以确定围岩的应力和位移情况，通过软件的分析可以发现，测量模型的长宽高分别为30 m、10 m和22 m，选用的顶板锚杆直径为20 mm，长度为2 200 mm。在两帮的锚杆设计中，直径设计为20 mm，长度为2 200 mm；在锚索的选择中，直径和长度分别为15.4 mm和6200 mm；在金属网的选择中，主要选择50 mm×50 mm的网格尺寸[2-3]。在锚网索工具选择完成后，需要对整体的设计方案进行优化，因此需要通过计算机软件来确定相应的参数，以此来优化方案设计。

4　参数优化

在86巷道锚网索支护方案优化过程中，需要通过软件对整体的优化进行分析，其主要体现在建立模型、确定参数以及模拟分析等几个方面。

1）模型建立方面，在86巷道的锚网索支护方案设计过程中，需要根据相关的资料进行分析，建立现有锚杆、锚索、钢带以及模型等支护模式，在计算机分析的情况下，可以确定模型的上边界具有16 MPa的应力，Z轴方向具有一定的载荷。其水平和垂直方向的应力情况分析如图1、图2所示。

图1　垂直应力分析图（Pa）

图2　水平位移分析图（mm）

2）在锚杆支护优化过程中，需要对数值进行模拟分析，发现在锚杆的应力情况下，可以将锚杆连接成为整体，在压力的分析下，可以对巷道的围岩起到较好的支护作用。另外，通过系统的整体优化分析可以发现，锚网索优化设计过程中，可以确定应该采用直径20 mm，长度为2 200 mm的锚杆，并且锚杆的间排距为800 mm×800 mm，在锚索间排距的设计中，应该设计为1 200 mm×1 600 mm[4]。采用该数据方案，可以最大程度地保障锚杆的支护强度，从而可以保障巷道的安全性。

5　支护方案的确定及效果

在支护方案的确定中，对于掘进正常地段，主要采用20 mm直径以及2 200 mm长度的锚杆，配合钢带以及金属网进行支护，锚杆的间排距为800 mm×800 mm，在靠近帮角位置，采用倾斜10°的布置，锚索的长度为7.5 m，直径为15.2 mm。在断层地质的设计过程中，对于巷道的支护设计需要根据实际情况进行分析，在巷道中，通常存在围岩状况差以及底鼓的现象，需要对常规的支护方案进行调整，需要在巷道两帮底角固定直径20 mm以及长度2 200 mm的锚杆，发挥锚杆的控制作用，其可以有效地提升支护的稳定性。其具体支护方案优化如下：

1）在长锚索的优化中，原设计采用14 mm直径的锚索，载荷约为300 kN，经过改进后，采用15.2 mm驻沪办发的高强度低松弛预应力强力锚索，其载荷达到600 kN，延伸率达到7%，提升锚索强度和可塑性[5]。

2）在托盘的改进中，选择Q2345锰钢，中部制作为弧形，可以提升托板的承载能力以及让压性能，另外可以改进锚索的受力状态。

3）在锚杆数量的设计中，采用直径20 mm的锚杆，其载荷为600 kN左右，提升了锚杆的强度。

在支护方案确定后，需要对巷道的支护效果进行优化，对86巷道进行位移检测，通过监测可以发现，巷道的两帮位移量为210 mm，位移的速度为22 mm/d，顶板的下沉量为182 mm，移动速度为15 mm/d，通过对巷道位移的分析中可以发现，巷道支护的变形情况在可控的范围内，说明巷道的支护稳定性相对较为良好。

另外，经过巷道锚网索支护优化，巷道的总体变形速率呈现降低的趋势，并且巷道内的变形趋于稳定，对于已经施工部分，稳定性较为良好，未出现明显的变形。

6　结论

在煤矿巷道锚网索支护优化设计中，需要对常规的支护方案进行优化，以此来提升巷道支护的稳定性。本文主要结合山西潞安高河能源有限公司煤矿的86工作面进行分析，通过分析可以发现，在支护方案优化设计中，需要对巷道支护的位移以及阻力进行检测，在确定其问题后，通过计算机软件来实现对支护方案的优化设计。在巷道的优化设计中，需要选择20 mm直径以及2 200 mm长度的锚杆，配合钢带以及金属网进行支护，锚杆的间排距为800 mm×800 mm，在靠近帮角位置，采用倾斜10°的布置，锚索的长度为7.5 m，直径为15.2 mm。而在断层支护中，需要添加锚杆进行综合调控。

[1]陈青峰.锦瑞煤矿巷道围岩分类与锚网索支护技术应用[J].煤炭工程，2016（12）：46-49.

[2]张显峰.东欢坨矿动压大变形巷道锚网索支护参数优化及实践[J].华北科技学院学报，2012（3）：6-10.

[3]解志明.大断面巷道锚网索支护优化设计[J].山东煤炭科技，2015（12）：54-56.

[4]孟祥阁.赵楼煤矿沿空巷道锚网索支护技术研究及工程实践[J].采矿技术，2016（4）：27-30.

[5]康虹，胡尚斌，陈建，等.复杂地质条件下回采巷道锚网索支护参数优化研究与应用[J].科技与创新，2015（20）：84-85.