煤巷锚带网支护工艺研究

赵宏志

摘 要：本项目属采矿工程学科领域，其特点是针对淮北矿区煤巷锚杆支护存在原技术难题，在深入研究锚杆支护机理及掘进施工工艺的基础上，建立了锚杆支护巷道质量保证体系，在许疃煤矿复杂地质条件下煤层巷道支护中取得了成功，并进行了推广应用。

关键词：煤巷；锚带网；支护工艺

中图分类号：TD35 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）19-0116-02

Abstract： This project belongs to the mining engineering discipline domain， with its characteristic aimed at the original technical difficulty in the coal roadway bolt support in Huaibei mining area， on the basis of deeply studying the bolting support mechanism and the tunneling construction technology， the quality assurance system of the bolting support roadway is established. In the coal seam roadway support under the complex geological conditions of Xutuan Coal Mine， the project has been successful， and has been popularized and applied.

Keywords： coal roadway； bolting net； supporting technology

1 概况

许疃煤矿位于安徽省蒙城县许疃镇境内，是淮北矿业集团公司实施“大投入、大开发、大跨越”战略、七年建成八对矿井中第一对建成投产的矿井，也是集团公司实施新井新机制的示范矿井，连续四年荣获全国煤炭行业安全高效矿井称号，并被评为全国文明煤矿。许疃煤矿井田面积61平方公里，地质储量3.7亿吨，煤质为低灰、特低硫、特低磷，煤种为国家稀有的肥煤。矿井是国家“九五”重点建设项目，1997年10月20日破土动工，2004年11月8日正式投产。到目前为止是淮北矿区生产能力最大、机械化程度最高的生产矿井。

通过多年的技术攻关，淮北矿业集团已初步形成了煤巷高强预应力锚杆支护技术体系，并进行了全面推广，建立了安全保障体系，解决了典型的煤巷锚杆支护技术问题，大大减少了矿用工字钢梯形棚支架和U型钢拱形可缩性支架在煤巷支护的应用，煤巷锚杆支护技术大大推动了矿区安全高效矿井建设。但在现实生产过程中，过程控制不够精细，施工工艺存在很大问题，未能在巷道的围岩内形成完整的挤压加固圈，大大降低了支护效果。围岩条件较好地段支护的成功掩盖了问题的实质。

主要存在以下问题：部分锚杆托盘不紧贴岩面、锚杆的螺母扭紧力矩小、锚杆锚固力低、锚杆安装角度不合格等锚杆安装质量问题。半煤岩巷道采用爆破作业时，爆破对煤帮破坏大，造成巷道（煤体部分）片帮严重，巷道成型差。由于煤帮松软，安装锚杆时锚杆孔周围容易片帮，造成锚杆外露长、局部空帮、空肩窝等问题。由于现场施工工艺不合理，致使锚索梁的受力状况差，其支护作用大打折扣。采用锚带网支护时，菱形金属网的连接形式是压茬、用铁丝连接。一方面，金属网没有张紧，只有当围岩松散到一定程度，形成网兜时，金属网才发挥作用。金属网的护顶（帮）能力大打折扣。金属网用强度很低的铁丝以压茬的形式连接，铁丝被锈蚀后，一旦出现轻微的顶板压力显现，金属网在接茬连接处会被撕裂，进而导致巷道出现漏顶、片帮，甚至冒顶现象，金属网的作用完全丧失，于是挤压加固圈从此处开始破坏，进一步发展将导致巷道支护失败，给安全生产带来隐患、增加巷道维护工作量。在巷道揭露断层、煤层顶板破碎、地应力比较集中地段，常规的锚带网支护不能满足巷道支护强度的要求。许疃矿的地质及水文地质条件相当复杂，巷道的围岩岩性、厚度、组合形式经常变化，施工中不能根据现场的地质及水文地质条件的变化及时调整支护参数，变更支护等级，从而影响巷道的支护效果。因而，对锚带网支护工艺进行深入细致的研究很有必要。

2 主要成果

2.1 转变观念，提高思想认识

从2012年开始，煤炭行业逐渐进入“寒冬”，高成本的架棚支护不仅使掘进成本的巨大负担，还严重制约综采工作面的生产效率的发挥，矿井的辅助运输工作量大，同时大量的U棚支护带来了新的安全问题。煤巷锚杆支护体现出巨大优越性，通过严细管理能够保证顶板安全。综合近年来各种复杂困难条件下的支护理论研究成果及管理经验。许疃煤矿解放思想、通过严细管理把锚杆支护推向新高度。

2.2 高度重视，措施得力

（1）建立了以矿长为组长的安全保障体系，各业务副职、专业副总、技术科长、地测科长、瓦斯办主任、机电科长等职能部门负责人为成员的领导小组。制定了详细的业务范围及管理办法，规范锚杆支护的过程控制及各环节的管理工作。（2）从支护设计、施工管理、监测监控等方面制定详细的锚杆支护安全管理实施办法，做到“两个规范”，确保施工安全可靠。（3）从地质资料提交、支护设计、施工机具机支护材料管理、现场施工管理等方面严格考核问责。

2.3 个性化支护设计

许疃煤矿与高校合作，建立了完善的锚杆支护体系，针对不同煤层的实体巷道及沿空掘进巷正常地段的地质力学条件进行数值模拟，制定了支护参数。许疃煤矿依照支护体系为基础类比类似巷道的支护效果对支护参数进行修订。强调一个观点：如果同一个支护参数满足整条巷道的支护需要，那么支护强度偏高；如果同一个支护参数不能满足巷道大部分地段的支护需要，那么支护强度偏低；只有同一个支护参数能满足巷道大部分地段的支护需要，那么支護强度较为合理。支护强度是否合理，不仅要考虑掘进期间的顶板管理需要，更要有利于综采工作面快速推进，减少两巷管理工作量。许疃煤矿支护设计正坚持“一段一策”的原则，即针对同一巷道不同地段进行相应的支护设计。

2.4 实行支护效果的动态管控

实行采掘工作面支护周分析制度，每周由采煤副总对工作面前方100m地质条件及巷道支护情况进行研究，制定相应的管理举措提交职能部门进行监管；由掘进副总对掘进工作面前方100m地质条件及巷道支护情况进行研究，制定相应的支护方案提交职能部门进行监管；职能科室动态管控支护效果，根据矿压监测结果及时调整支护参数；施工单位有权在围岩条件变差的情况下提高支护等级，然后汇报。

2.5 强化质量标准化创建

（1）坚持设计“一步到位”：在进行施工设计时注重细节，如各种设备的安装、运行需要，轨道的曲率半径，管、线、道的布置等。施工单位根据工程设计必须进行施工组织设计，减少“窝工”。（2）坚持施工“一步到位”：矿领导、职能科室到施工现场必须检查施工单位是否按照设计施工，检查施工单位区干部、班队长是否明确设计要求及质量标准，发现问题及时处理。（3）坚持验收“一步到位”：工程结束后，必须通过验收，否则按照遗留工程量扣减工资；实行“谁验收，谁负责”制度，凡出现不合格工程通过验收的情况，在追究施工单位责任的同时对验收人员进行问责。

2.6 沿空巷道

（1）合理确定护巷煤柱的尺寸。如7226风巷留设3m煤柱既符合上级文件规定又能满足锚杆支护要求。（2）提高上区段平巷下帮的支护强度。如3239风巷上帮高度接近4m，采用单纯锚杆支护无法满足支护强度要求，采用桁架补强支护取得很好效果。（3）考虑采用注浆加固技术以提高煤体的强度。如7226风巷局部地段煤体松软锚杆支护效果不理想，采用注浆补强后达到支护强度要求。（4）适当增加巷道断面。（5）抓好矿压观测及反馈这一基础性工作。针对沿空巷道矿压观测点加密，间距不超过40m；观测频率加密，每班观测，每周分析。对于巷道变形严重锚杆支护效果不明显的地段采用密集背帮点柱，沿空帮打走向锚索进行补强，必要时套架金属支架进行补强。（6）加强顶板岩性探查。针对煤层组下分层开采每5m打一组顶板岩性探查孔进行分析，若顶板岩性能够满足锚杆支护要求的坚决不架棚。

2.7 施工中常见问题及对策

（1）发现断锚杆（锚索），采用“断一补二”法及时处理。（2）出现弱面、“草帽顶”、小裂隙，采用锚杆（索）局部补强。（3）巷道片帮，增加锚杆（索）。（4）巷道过破碎带，采用超前金属骨架控制围岩，同时增加锚杆（索）的密度并进行注浆加固。（5）锚杆支护的失败是从特殊地段开始的，超过百分之九十的煤巷锚杆支护巷道的顶板事故发生在断层附近、淋水段、交岔点等地段。特殊地段锚杆支护的效果是锚杆支护成败的关键。

2.8 装备助推安全高效施工

传统锚杆支护施工总有一段时间人员需要在没有任何支护的顶板下作业，非常不利于安全管理。机载超前支架很好地解决了这个问题。在使用之初，阻力较大，反对者的理由是：装备占用空间，不利截割作业；装备支护面积小，不能保证顶板安全；装备迎头作业空间小，不利于平行作业；装备结构复杂，可靠性差。在推行之初，矿领导、职能科室跟班协调解决相关问题，强制使用，规定：凡是不正常使用的一律进“三违”学习班学习。效果：自从全面采用机载超前支架以来，杜绝了顶板事故。许疃煤矿成立专门的课题研究小组，统筹协调设备改进、支护设计、施工工艺、质量标准、安全技术措施调整等工作，努力实现煤巷掘进质的飞跃。

3 技术创新内涵

（1）建立了锚杆（索）安装质量控制体系。完善的锚杆安装质量控制体系大大提高了锚杆支护的安全度，提高了质量标准化水平，优化了工作环境。该项研究的成功应用解决了煤巷锚杆支护的关键，为煤巷锚杆支护技术的大面积推广提供了技术上的保障。（2）改进了金属网的铺设方案，提高了金属网的利用率，节约了成本。（3）改变了矿压监测的重迎头、轻后路，重大班、轻小班，重结果、轻过程，重“教条”轻现实的观念。（4）本研究从过程控制方面对特殊地段进行了大量的研究，解决了特殊地段锚杆支护的难题，拓宽了煤锚支护的应用范围。

4 效果效益分析

许疃矿对煤巷锚带网支护工艺进行研究，井下主要回采巷道基本是锚杆支护巷道，截止目前，未发生一起安全事故，为矿区建设高产高效矿井提供了可靠的支护技术保障。先进的锚带网施工工艺使锚带网支护体系更加可靠，大大拓宽了锚杆支护范围。

该技术在淮北矿区南部矿井的成功应用和推广，解决了困扰矿区支护的一类较为普遍的支护难题。

参考文献：

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