煤矿斜面巷锚网喷和锚索梁组合支护方法探索

张君光

摘  要：伴随着煤矿资源掘进的持续加深，某地煤矿的矿井开采深度已经达到2200米之多。因为该煤矿煤层需要经历若干次开采动态压力和前置压力的明显作用，导致煤矿井下巷道严重变形、日常维护比较困难。技术部门为了应对煤矿倾斜煤层巷道综合类型顶板支护难点问题，开发了一项主动支护模式：矿井巷道锚网喷和锚索支护解决方案。采用该方案后，能够对巷道顶部有主动支撑效果，能够减缓煤层有害形变的滋长，延长了巷道的服务年限。从实际结果来讲，常规支护方案，巷道顶板沉降量是90毫米，地面鼓起量是210毫米，上下移近量大约是300毫米;使用现方案后，巷道顶板下沉降量是15毫米，地面鼓起量是20毫米，上下移近量为30毫米。因此矿井巷道锚网喷和锚索梁组合支护作用远远大于常规的支护巷道。

关键词：倾斜矿面;矿井巷道;锚网喷锚索梁组合;支护解决方案

中图分类号：TD82         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）21-0128-02

Abstract： With the continuous deepening of coal mine resources excavation， the mining depth of a certain coal mine has reached as much as 2200 meters. Because the coal seam of the coal mine needs to undergo several obvious effects of mining dynamic pressure and pre-pressure， the underground roadway in the coal mine is seriously deformed and the daily maintenance is more difficult. In order to deal with the difficult problem of roof support of comprehensive type of inclined coal seam roadway in coal mine， the technical department has developed an active support mode： mine roadway anchor net shotcreting and anchor cable support solution. After adopting this scheme， it can actively support the top of the roadway， slow down the growth of harmful deformation of coal seam and prolong the service life of the roadway. From the actual results， in the conventional support scheme， the roadway roof settlement is 90 mm， the ground bulge is 210 mm， and the up and down approach is about 300 mm; after using the current scheme， the roadway roof settlement is 15 mm， the ground bulge is 20 mm， and the up and down approach is 30 mm. Therefore， the combined support effect of anchor net shotcreting and anchor cable beam in mine roadway is far greater than that of conventional support roadway.

Keywords： inclined mine face; mine roadway; combination of anchor wire mesh and shotcreting anchor cable and beam; support solution

前言

伴隨着煤矿资源掘进的持续加深，深度掘进的矿井内部巷道支护是当今行业内研究的主流课题。某地煤矿的矿井的掘进深度已经达到2200米之多，因为该煤矿煤层需要经历若干次开采动态压力和前置压力的明显作用，导致煤矿井下巷道严重变形、日常维护比较困难。相关工程技术人员为了应对煤矿倾斜煤层巷道综合类型顶板支护难点问题，实施煤巷锚网喷锚索梁组合支护解决方案的现场试验研究是相当重要的。

1 试验煤层巷道基本情况

某地矿井2322及2422风巷道处于23采矿作业区第二区段位置，巷道内煤层是二号矿井煤层。二号煤层顶棚板为综合类型顶棚板，直接的顶棚为泥土、砂粒岩石、泥土砂粒岩石渗透层，呈现淡灰色中等大小的细小颗粒状，质地相对较硬，牢固性系数f=（5～7），含厚度为（0～0.6）米的C12（二号矿井煤层上侧部分层），厚度为（1.6～3.3）米，平均来讲为2.6米，遇到水气容易膨胀，容易受到风化作用的侵蚀;旧顶由K7石灰岩、粗糙砂粒岩石和砂粒泥土岩石构成，属于I类坚固顶棚板。底板是黏土岩石、泥土砂粒岩石，属于含灰色发散星星形状、粒状铁矿石材质，牢固性系数f=（3～7）。底板壁厚尺寸约为（1.6～3.6）米，平均厚度约为2.8米，遇到水气容易膨胀，容易受到风化作用的侵蚀。过去的二号矿井煤层巷道通常使用金属梯形三段棚支护，井下巷道作业过程中，因为二号矿井煤层直接顶棚容易遭到风化效应侵蚀而导致脱落，往往造成巷道支架顶部背接失效，并出现鼓帮、鼓底变形。经过一段时间后，很有可能导致直接顶与老顶发生离层，并推倒支架发生冒顶事故。为了不破煤层顶板，某地煤矿2322及2422风巷道开采掘进前进时应用梯形剖面形式，即为使用煤层直顶棚作为巷道顶棚板。巷道内宽度约为2.85米，下帮高度约为1.85米，顶棚板跨度及上帮的尺寸由煤层倾斜角大小给定，通常状况下，顶棚板跨度约为3.2米，上帮高度约为2.95米。

2 巷道锚网喷和锚索梁支护解决方案的作业方法和相关要点

某地煤矿2322及2422风巷道掘进时应用梯形剖面形式，巷道内宽度约为2.85米，下帮高度约为1.85米，顶棚板跨度及上帮的尺寸由煤层倾斜角大小给定，通常状况下，顶棚板跨度约为3.2米，上帮高度约为2.95米。掘进作业时，应用“三掘一喷”施工方法。首先使用锚网支护装置跟随聚拢碛头，顶棚板使用型号为（805×3505）毫米、网格规格（205×305）毫米的钢筋网搭配（15×1805）米金属材质螺纹钢管的锚杆进行临时支护，两侧帮使用树脂材质的锚杆支护，上帮位置增加设置塑料材质挂网进行支护;掘进作业三个循环之后，再实行喷浆法支护。随后，在迎头后退31米依照3.5米/根的间隔规律在井下巷道内正顶棚排布一排锚索用来强化顶棚板支护。架设顶棚网时，首先把已经设置完毕的前一张支护网的碛头处的锚盘锚杆卸下来，把下一步要进行排布的钢筋支护网的长边固定于锚杆本体以后，然后重新固定好锚杆上的锚盘，注意要将螺母紧固到位。前移前探梁并背接好顶板后，再打顶板锚杆眼和安装锚杆，钢盘网一端与抵拢顶板下帮，另一端超出顶板部分弯曲护好上帮肩窝，所有锚杆必须施工在边框网格内，两端边框网格内必须打锚杆固定。需铺设下一张顶网时，同样按照上述方法进行。施工两帮锚网支护时，两帮采树脂锚杆支护，型号是准（25×2005）毫米，所有树脂材质的锚杆都要使用一条树脂材质的锚固剂进行锚固。下帮需要使用二排树脂材质的锚杆进行支护，相关的锚杆排布形式为“三角”形布置;上帮使用三排树脂材质的锚杆增加搭载塑料材质网支护，锚杆排布形式为“五花”形布置。

3 锚网喷支护以后的巷道内矿石压强探测

采用目测尺量的方法进行矿观测。从宏观上，查看巷道顶板有无冒顶片帮冒顶现象，是否出现喷层爆裂;在巷道内设置观测站时，所有观测点由测量人员设置，测试调整好一号、二号、三号点均到腰线位置的尺寸，测试四号点位置距离五号点位置的尺寸，六号点到腰线位置处的尺寸，并且把初始参数通知矿石压强探测小组相关工程技术人员，矿石压强探测小组每月针对此类参数开展一次检查并记录相关数据，探测记录总周期为半年。通过半年的矿石压强探测，其最终数据为第一个礼拜左右的时间，顶棚板沉降量约为5.5毫米;二号、三号点位置几乎没发生明显的改变;两帮靠近的便宜量约为22毫米;底板鼓起量约为33毫米。巷道内进行复喷操作，进行锚索支护后，基本没有发生顶棚板沉降及两帮移动靠近的情况，巷道底板鼓起量呈现持续加大的走势，局部区域底板位置发生开裂的情况，不过当底板鼓起量到达205毫米上下的时候，巷道内相关参数保持大体恒定。（见图1）

第一个礼拜左右的时间发生的顶棚板沉降和底部鼓起情况，核心原因是由于顶棚板在巷道掘进以后，周围岩石应力进行新的作用及岩层面吸收水分以后发生膨胀所引发的。主要是锚索支护有较大的预应力，对顶板起主动主护作用，也有复喷达到要求后，封闭了顶板及两帮岩石，岩石不再风化变形的因素。而底鼓继续增加，是因为底板受到施工用水或其他涌水的影响，造成底泥岩膨胀变形所致，时间长后，底板受施工用水的影响逐步减小，所以巷道可以在相应的周期以后，底部鼓起量停止增加，进而实现比较稳定的状况。因此巷道锚网喷和锚索梁组合支护解决方案的强度要大大优于金属支护巷道的情况。

4 结束语

综上所述，巷道锚网喷和锚索支护解决方案在某矿井的使用已经相对成熟。该方法一類主动支护模式，其支护能力大大强过金属支护，如果推广使用，可以大大减低对钢材的消耗，对木料的消耗也会降低，进而节省宝贵的资源。同时也能减轻工人的作业强度。巷道锚网喷和锚索梁组合支护解决方案延缓岩层有害变形的滋生，防止架棚支护等顶板离层才起到支护作用，确保巷道掘进及使用过程中的安全性。该方案既保证了巷道断面，又满足了通风要求，消除了通风瓦斯方面的安全隐患。综上，煤巷锚网喷与锚索梁组合支护技术是一项极其安全可靠的支护技术，宜于在矿区相同或类似条件巷道作大面积推广应用。

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