大断面锚网支护巷道综掘快速成巷技术研究

＊张 斌

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司 山西 032300）

对煤矿掘进施工而言，大断面半煤岩锚网支护巷道综掘快速成巷始终是一个技术难题，相关学者针对快速掘进与顶板控制都开展了深入分析和研究，同时也取得了良好成果。然而，从大断面半煤岩锚网巷道自身角度讲，对支护参数进行适当优化会对快速成巷目标的实现带来直接影响。

1.工程概况

某运输巷以98°的方位角按照从西到东的方向施工，坡度为+2°，煤层部分伪顶分布炭质泥岩，而直接底以砂质泥岩为主，以细砂岩为辅，基本顶以砂岩为主。由于煤层底板是泥岩，所以就有遇水后容易发生碰撞的特点。

通过对该煤巷常用桁架锚索支护系统预应力场的分析和实践，明确了桁架锚索长度、预紧力、孔口帮距及布置角度等可能对预应力场造成的影响，并通过实践证明了采用与常规锚杆索充分联合的方法能实现对围岩稳定性的有效控制；针对埋深较大的软岩及地应力较高的岩巷，可将底板注浆锚索、底板卸压、梯子梁、高强度锚杆与锚索等多种技术结合到一起使用，同时在喷浆材料当中适量掺加一些增强纤维，通过先喷后锚施工，可以取得良好支护效果；另外，还应对劳动组织进行优化，并革新相关施工工艺，提高掘进与支护施工的技术水平，为相似巷道的快速掘进施工奠定良好基础[1]。

2.支护设计

该运输巷的支护设计参数为：

（1）巷道断面高度和宽度分别为3300mm、5200mm，断面总面积约17.2m2，以高强锚杆为帮锚杆，锚杆的长度和直径分别为2400mm、20mm；以让压锚杆为顶锚杆，其长度与直径分别为2400mm、20mm，在锚杆孔的底部填筑型号完全不同的树脂药卷，分别为Z2335和CK2335，各1卷。

（2）锚索以高强度蜂窝状钢绞线锚索为主，其长度与直径分别为6500mm、17.8mm，在锚索孔底部分别填筑型号完全不同的树脂药卷，分别为Z2335和CK2335，前者3卷，后者2卷。

（3）在顶板与两帮都布置梯子梁，其顶部长度为5000mm，上、下帮梁长度分别为3300mm和2300mm。

（4）在顶板布置锚杆，每排7根，同时在上、下帮分别布置5根和4根锚杆。

（5）对于锚杆的间距与排距，顶部锚杆间距按710-910mm控制，排距按700-900mm控制；两帮锚杆间距按600-800mm控制，排距按700-900mm控制；锚索间距按2600mm控制，排距按1600mm控制[2]。

（6）顶部钢筋网的长度与宽度分别为5600mm、1100mm，其两头分别下垂至少300mm，确保与帮网良好搭接；上帮所用钢筋网的长度与宽度分别为3400mm、1100mm，下帮所用钢筋网的长度与宽度分别为2400mm、1100mm；所有钢筋网均采用冷拔丝金属网，其网格尺寸为40mm×40mm。

该运输巷借助离层指示仪进行支护效果监测，围岩变形情况如表1所示。

表1 围岩变形情况

从表1数据可以看出，在24d监测周期内，两帮移近量相对较大，而顶底移近并不明显，最大值只有6mm，同样，顶板离层量也不超过6mm；连续监测12d后发现变形开始趋于稳定状态，总的收敛量较小。可见，以上支护设计太过保守，可通过减小支护的密度在保证支护安全的基础上，缩减支护方面的成本[3]。

3.支护优化

（1）参数优化。根据围岩变形监测结果可知，围岩没有产生太大的变形，尤其是顶板产生的变形很小，通过信息动态设计（信息动态设计的基本流程为：对施工地点进行详细调查并完成地质力学评估；根据调查及评估结果进行初始设计；对初始设计的支护效果进行动态监测；根据检测信息反馈对支护设计参数进行必要的优化；优化后支护方案实施后做好井下实时监测），同时充分结合锚杆支护基本理论，在得到设计部门的允许后对锚杆的排距进行放大，初步放大到900mm，而锚杆的间距则保持不变，同时将锚索的布置形式从最初的2-2式更改成2-1-2式，间距和排距分别更改为2600mm、1800mm。掘进机介入后，最初的15d采用900mm的排距，之后的15d将排距进一步增加到1000mm，使月进尺达到240m[4]。

（2）监测与分析。优化后方案正式实施以后，同样要做好现场监测与分析，对实际的支护效果及巷道安全程度予以综合评价，并通过对相关数据的处理结果，对支护参数予以进一步的优化。在部分特殊条件中，如陷落柱、断层及破碎带，应采用其它方式进行处理。优化后设置了四个测站，围岩变形情况如表2所示。

表2 优化后围岩变形情况

优化后的观测同样使用顶板离层仪进行，在巷道施工完成后的9d时间内，巷道顶底板处产生的最大移近量是10mm，而两帮处产生的最大移近量相对较大，是26mm，但顶板深层与浅层的实际离层数量都处在8mm以内；在巷道施工完成后的24d时间内，巷道顶底板处产生的最大移近量是14mm，而两帮处产生的最大移近量依然相对较大，可以达到38mm，但顶板深层与浅层的实际离层数量相对稳定，都处在10mm以内[5]。根据以上结果可知，顶板始终没有产生太大的变形，处在安全且可以控制的范围内，这可以直接说明以上优化后的各项参数均科学合理，可以在保证巷道掘进施工安全的基础上，由于适当增大了锚杆的排距，使锚索布置密度减小，所以能使循环进尺从过去的1.6m增加至2.0m，有效缩短顶板支护过程中锚索设置时间，减少材料消耗，缩短整个支护施工的周期[6]。

（3）质量标准。①锚杆的锚固力应达到127kN以上；②锚杆的间、排距误差均不能超过±50mm；③顶部锚杆孔深度应达到2300+50mm；④锚杆的外露长度应控制在30-70mm范围内；⑤锚杆的预紧力应达到300N·m以上，但不能超过500N·m；⑥锚杆都应打入到限位孔当中；⑦锚索的锚固力应达到200-250kN以上；⑧锚索的外露长度应控制在200-300mm范围内[7]。

（4）安全技术措施。①锚网施工必须严格按照从外到里和先顶部再两帮的顺序进行。②人员进场后，做好敲帮问顶，确定巷道顶帮实际情况。若检查中发现问题，应立即处理，若无法处理，应向领导汇报，施工必须要在措施到位且整改完成后恢复。切勿蛮干，杜绝一切违章指挥及操作。③锚网施工应由2-3人配合完成，互相之间要注意安全监护。整个施工过程中，必须始终确保退路通畅，以免冒顶造成伤害。作业中，除了安全监护人员，其他与施工无关的人员不可在作业点内长时间逗留。④在对巷道高冒地段进行处理的过程中，应安排专人负责，必须具备足够的作业经验；相关领导与专门的安全人员必须跟班指挥，设专人密切观察顶板情况，如果发现异常，应先将作业人员撤出，然后立即进行处理，处理到位后才能恢复正常作业，保证作业安全[8]。⑤在处理网兜及临时作业平台的搭建过程中，应在支护完整且牢固的地方进行作业。⑥严格执行交接班制度与现场跟班带班制度，在作业点方圆10m之内应保证照明和通风良好。⑦打眼及挂网的操作人员应站在相对安全的地方进行操作，不可在裸巷进行施工。⑧若锚网支护无法满足安全要求，应立即请示相关领导，制定有针对性的支护方式，经批准后进行加强支护。

4.结语

综上所述，该运输巷通过对动态信息设计的引入对其支护参数进行了优化，主要优化内容为适当增加锚杆布置排距，以减小支护密度，在保证支护效果的基础上，缩短永久支护施工时间，并能在一定程度上加快巷道掘进速度，为快速成巷这一目标的实现奠定良好基础，同时还能为类似巷道相关支护参数优化技术规范的制定提供参考依据。