梨园河煤矿212皮带下山锚网索喷联合支护技术

李 军

(同煤集团轩岗煤电有限责任公司梨园河煤矿，山西 原平 034100)

0 引言

梨园河煤矿212皮带下山工作面，属2号煤层，位于212盘区212皮带下山工作面，东侧为原始煤层，西侧为212轨道下山，南侧为原始煤层，北侧为井底车场保护煤柱。212皮带下山设计1 706.5 m(平距)。梨园河煤矿是低瓦斯矿井，矿井瓦斯绝对涌出量为2.94 m3/min，相对涌出量为0.85 m3/T。该巷道采用局部通风机压入式通风，煤层自燃倾向等级为Ⅱ类，煤尘有爆炸性。212工作面煤厚为6.28 m，煤层倾角9°～11°，平均10°煤层走向近似东西，向南倾斜，该工作面地质构造中等，煤层中含有0～1层不稳定夹石，夹石多为灰黑色页岩、泥岩厚度为0～0.6 m，顶底部煤质较好，顶板为粗砂岩，底板为泥岩。

1 巷道布置和巷道净断面设计

212皮带下山从212皮带下山停掘处以方位180°开口，沿2号煤层底板掘进。212皮带下山断面规格见表1。

表1 巷道断面尺寸及长度Table 1 Section size and length of roadway

2 设计锚索支护参数

2.1 锚索支护技术

2号煤层梨园河煤矿212皮带下山工作面，煤层厚度6.28 m，属于厚煤层，老顶是粉砂岩厚2.2 m，灰黑色、黑色、粉砂质结构，块状结构；直接顶粗砂岩厚7.8 m，粗粒砂岩，块状结构；直接底是泥岩，厚4.8 m，泥质块状结构，是为提高巷道支护采用锚网索喷联合支护。212皮带下山工作面掘进时工作面可能会出现破顶、拖底现象。因此要求小孔径预应力锚索支护用锚索钻机或锚杆钻机钻孔，锚索垂直于顶板或者巷道轮廓线安装，钢绞线推到孔底，距巷道底板小于1.8 m时加防护套，锚索施工时对锚索进行检查，发现预紧力不足及时进行二次张拉。锚索内锚固养护60 min后装托梁、锁具使它紧贴顶板。锚索预紧力不小于210 kN，确保锚索预紧力不小于设计规定，使用锚网索喷联合支护技术进行互补协同支护，从而有效保持围岩稳定和强度，控制巷道变形。

2.2 依据单体锚杆悬吊作用计算锚杆参数

2.2.1 顶锚杆长度

L=L1+L2+L3

(1)

式中，L为锚杆长度，m；L1为锚杆外露长度，选0.1 m；L2为潜在冒落顶高度，0.42 m；L3为锚杆锚入稳定岩层的深度，选择1.2 m。计算得L=1.72 m。

L2的取法：取普氏免压拱高b

式中，B为巷道掘进跨度，选5.2 m；f为巷道顶板的普式岩石的坚硬性系数，选5；当f≥3时，即L2=0.42。

通过上述公式计算出顶锚杆的长度为1.72 m，故选取锚杆长度2.2 m，符合要求。

2.2.2 顶锚杆直径

各类锚杆锚固力Q，锚杆杆体承载力P

由P=Q，得

=15 mm

式中，θt为杆体抗拉强度，4.55×108Pa。

2.2.3 锚杆间排距

式中，a为锚杆间距，m；Q为锚杆锚固力，取120 kN；K为安全系数，取K=1.8；γ为岩体容重，25 kN/m3；L2为锚杆的有效长度，2.1 m。计算得a=1.21 m。

选用规格为φ20 mm×2 200 mm的螺纹钢锚杆，顶部锚杆间排距是900 mm×900 mm。

2.3 依据单体锚索悬吊作用计算锚索支护参数

2.3.1 锚索长度

L=L1+∑h+L2+L3

式中，L为锚索总长度，m；L1为需要外露的张拉长度，0.25 m；∑h为需要锚固的不稳定岩层厚度，4.13 m；L2为锚索锚入到较稳定岩层的锚固长度，2 m；L3为锚索托板及锁具厚度，选0.1 m。计算得L=6.48 m。

2.3.2 锚索间排距的确定

L=nF2/[BHγ-(2F1sinθ)/L1]

式中，L为锚索间距，m；B为巷道最大垮落宽度，5.2 m；H为巷道最大冒落高度，4.13 m；γ为岩体容重，选14 kN/m3；L1为锚杆排距，选0.9 m；F1为锚杆锚固力，选120 kN；F2为锚索极限承载力，选360 kN；θ为锚杆与巷道顶板的最小夹角，选75°；n为锚索排数，取2。计算得L=2.93 m。

选用φ17.8 mm×7 300 mm的锚索，间排距1 800 mm×1 800 mm符合要求。

锚固剂的选型：锚固剂根据支护设计所要达到的锚固力选取2卷Z2360和1卷K2335树脂锚固剂组合锚固。

3 支护参数的确定

巷道使用“树脂+加长锚固锚杆+钢筋网+锚索+喷浆”联合支护结构的形式。

3.1 顶板支护

锚杆规格：杆体采用规格为φ20 mm×2 200 mm的左旋无纵筋螺纹钢，杆尾螺纹是MG335，采用滚压加工工艺成型。

锚固形式：采用加长锚固，1支规格是K2335(快速)与1支规格是Z2360(中速)树脂锚固剂进行锚固。

锚索：锚索规格为φ17.8 mm×7 300 mm，配套金属托板规格为300 mm×300 mm×12 mm的钢板，钢板中心眼孔φ20 mm，锚固长度不小于1 m，采用1支规格为K2335(快速)和2支规格为Z2360(中速)树脂药卷。锚索间排距为1 800 mm×1 800 mm，呈矩形布置。锚索头部设有树脂药卷搅拌头，尾部配有高强度锚具。

3.2 巷帮支护

锚杆形式：杆体采用φ20 mm×2 200 mm的左旋无纵筋螺纹钢，杆尾螺纹是M22，采用滚压加工工艺成型。综合现场实测和理论计算结果最终确定，锚杆预紧力矩不小于200 N·m，锚杆抗拉拔力不小于120 kN，锚索破断强度不小于360 kN，锚索预紧力不小于100 kN，锚索预紧力张拉千斤顶；锚索锚固力不小于300 kN。

使用规格：使用K2335(快速)的锚固剂1支和规格是Z2360(中速)的树脂锚固剂1支加长锚固。

3.3 临时支护

采用滑移式前探梁，前探梁采用10#槽钢加工制作，每根梁安装2个吊环，每根前探梁长4 m，工作面需吊挂4根前探梁。掘进后，及时把滑移式前探梁前移，前探梁上部空隙地方用木楔与顶板背紧接实。

4 施工工艺

212皮带下山从212皮带下山停掘处以方位180°开口，沿2号煤层底板掘进。出矸采用ZWY是120型矿用挖掘式装载机装矸配合212皮带下山安装的SJJ80/100/2×55皮带机出煤(矸)，经211皮带下山DTL120/120/2×560 kW带式输送机到煤仓，再由煤仓通过5号煤集中胶运和主斜井的DTL140/52/2×400 kW带式输送机到地面。

巷道按照地质科现场给定腰线施工；结合212皮带下山停掘位置煤岩情况，巷道开口处位于2号煤中，巷道采用全段面一次爆破的施工方法进行掘进，支护采用锚网索喷支护形式，使用MQT-120锚杆钻机进行锚杆、锚索永久支护，帮部支护采用YT-50型风钻、完成支护工序。每次放炮时，把巷道内瓦斯探头、电缆、照明灯、管路、风筒等用废旧皮带保护好，以防放炮崩坏。

5 矿压观测

施工过程中，选用LBY-3型顶板离层指示仪，在开口5 m内在巷道顶板中部安设1台，在交岔点、巷道每隔50 m顶板中部安设1台，顶板离层仪距离观测50 m观测顶板离层情况。迎头距监测50 m范围内每天观测1次，50 m以外每周观测1次，并建立台账。

5.1 观测内容及方法

支护质量动态监测、顶板离层量监测；巷道位移变形观测(顶板的下沉量、两帮相对移近量、底板鼓起量)。

锚杆进行抗拉拔力试验，顶、帮锚杆抗拉拔力不小于120 kN，锚杆拉拔计(LDZ-300)表盘读数为不小于24 MPa。若被查的9根锚杆只要有1根不合格，再抽样1组，再不符合要求，必须由矿有关领导或部门组织调查分析不合格的原因，并采取措施进行处理。凡掘进巷道连续3排支护范围内，存在5处以上顶锚(索)预紧力不达标的，一律停产整顿。

5.2 顶板离层监测

顶板离层监测仪的布置：施工过程中，选用LBY-3型顶板离层指示仪，在开口5 m内在巷道顶板中部安设1台，在交岔点、巷道每隔50 m顶板中部安设1台，顶板离层仪距离观测50 m，顶板离层仪监测记录要与现场监测情况一致，并有记录牌板显示，牌板应标明安装日期、初始读数、离层数据和记录人观测顶板离层情况。迎头距监测点50 m范围内每天观测1次，50 m以外每周观测1次，并建立台账。如图1所示。

图1 矿压观测顶板离层仪示意Fig.1 Schematic diagram of roof separation instrument for mine pressure observation

巷道位移变形观测具体方法：①掘进过程中每隔100设一个巷道位移变形监点，开始第1点在巷道开口20 m范围内；②在测点处顶及两帮钻直径42 mm、深200 mm垂直围岩表面的钻孔，将直径42 mm、长约300 mm的木桩打人孔内，木桩端部安设平头测钉，作为测量基点监测顶板的下沉量、两帮相对移进量、底板鼓起量；③迎头距监测点100 m范围内每天观测一次，100 m以外每周观测一次，并建立台账；④当巷道发生位移量超过100 mm时，向矿生产科汇报，制定相关补强措施及时处理。如图2所示。

图2 巷道位移变形监测示意Fig.2 Schematic diagram of roadway displacement and deformation monitoring

6 结论

锚网支护与传统的被动型的支架支护有所不同，锚网支护是主动型的支护，对围岩进行加固，在围岩内部做成挤压加固梁，同时加打锚索降低围岩变形量，提升巷道的强度、稳定性和安全性。锚杆支护、锚索加固补强，可以有效阻止顶板岩石沉降离层，减小巷道断面收缩量，提升巷道顶板安全；锚网索支护采用一掘一锚的形式，提升工作效率，杜绝临时支护，增加工人的工作时间，有效减轻工人的劳动强度；锚网支护有效降低支护成本，提高施工效果，使巷道顶板的安全性明显提高，牢固性得到实现，在巷道中使用锚网索喷联合支护技术是切实可行的，在实际工作中要根据具体情况实时调整锚杆和锚索参数，确保达到最优的支护效果。