大断面煤巷锚网索联合支护研究

王亚非

（汾西矿业集团贺西煤矿，山西 柳林 033300）

引言

煤矿建设、生产朝着集约化的方向转变，煤矿井下机械化程度的相关标准非常高，同时回采巷道断面体积增加，要求选取适合的支护方法处理，这就需要考虑到锚网索联合支护的特征，实行大断面煤巷锚网索联合支护作业，从而提高大断面煤巷锚网联合支护的效果、安全[1]。

1 工程基本情况研究

以某矿3205 回风顺槽二采区3205 回风顺槽为例，二采区3205 工作面回风巷顺着3#煤层底板掘进，以20°方位角于回风巷北进行设置，布设工程量在2 030 m 左右、标高约为+600 m，中位埋藏深度在600 m 左右。这一区域平均煤厚在5.98 m 左右、主要为亮煤，煤层内生节理裂隙，局部煤质松软、易破损，同时存在量层夹矸、煤层的状态比较稳定，全区均能够开采、煤层倾角为10°，伪顶为黑色、质地较软，而且为炭质泥岩、厚度在0.25 m 左右，直接顶选择的为砂质泥岩、呈灰黑色，夹薄层泥岩厚度在3.5 m 左右。水文地质条件不会非常复杂，涌水的主要来源3#煤层上覆砂岩、粉砂岩，这一含水层基本为静水，在掘进的过程裂隙水经锚杆、锚索孔，以及煤岩裂隙进到巷道，掘进过程中大巷用水量在1.5 m3/h。

2 锚网索联合支护的主要特征分析

锚网索联合支护作为主动支护，存在多方面的优势，比如：快速、安全系数高、经济等，利于严格控制支护的成本，加快掘进的速度并提升整体支护质量。与此同时，锚杆支护存在悬吊、加固煤岩体，可以在锚固区内逐渐形成拱、梁、壳等，在改善锚固区围岩力学性能、应力状态方面的效果理想，而且能很好的控制锚固区围岩离层、破裂，以及滑动和裂隙扩展等情况，此时围岩受压状态调整为三向，能发挥主动加固围岩体的效果[2]。联合托盘、金属网、W 钢带等，便于实现锚杆预应力扩散的效果、整体支护效果。锚索、锚杆在抗拉能力、抗剪能力方面比较差异性存在，两者均可发挥悬吊、挤压加固等功能，促使顶板经锚杆支护逐渐形成组合梁，这时在上部直接顶/老顶内悬吊的效果理想。除此之外，大断面巷道锚索补强配合锚杆，能够将围岩应力于围岩深部进行转移，锚索支护可于巷道顶板提供预紧力、承载力，锚杆减跨和控制顶板下沉的同时，有助于有效防范围岩发生变形的现象，充分发挥出主动支护的作用，借助托盘及金属网实现预紧力扩散的效果，进而确保整体巷道支护水平。锚网索联合支护，如图1 所示。

图1 锚网索联合支护

3 大断面煤巷锚网索联合支护状况

3.1 临时支护情况

3205 回风顺槽设计断面属于矩形，宽度4 m、高度3.5 m、掘进断面15 m2。选择2 根长度为3.5 m，8#槽钢实行前探梁，应用永久支护锚杆悬吊在顶板位置，前探梁、锚杆间会通过专用吊环实行连接处理，前后前探梁吊环排距在1.5 m 左右，使用的为大木茬，实际吊环内将前探梁背紧及背实处理。前探梁迎头使用的为长度、宽度、厚度分别为：3 500 mm、280 mm、45 mm，数量为2 块～3 块、为木板护迎头帮。

3.2 永久支护情况

3205 回风顺槽使用的为锚网索联合支护，锚杆使用的为BHRB500、22#左旋没有纵筋螺纹钢筋杆体，顶锚杆每排的根数为5 根，长度、间距及排距分别为：2 200 mm、900 mm、950 mm。帮锚杆排距、煤帮每排锚杆数量，以及间距、巷帮上部锚杆-顶的距离、巷帮下部锚杆-底的距离分别为：950 mm、4 根、850 mm、280 mm、350 mm。锚杆和顶板、巷帮保持垂直的状态，预紧力距为380 N/m。锚杆托板使用高强度拱形托板，托盘的长度、宽度、厚度分别为：120 mm、120 mm、10 mm，并且应用了高强度球型垫圈、塑料减摩垫片。顶帮锚杆使用的为树脂加长锚固，钻孔直径在Φ25 mm 左右，顶锚杆锚固剂使用的为MSK2335 一支、MSZ2360 一支，帮锚杆锚固剂使用的为MSZ2340 数量为两支。

相关参数情况分析：（1）W 形钢带顶钢带的长度、宽度、厚度各4 000 mm、260 mm、5 mm，帮钢带四周压棱尺寸份额比为280 mm*450 mm*5 mm。（2）锚索1*18 股低松弛高预应力钢绞线的直径在Φ20 mm左右，使用的为MSK2335、MSZ2360，数量分别为一支和两支、锚固效果较佳。顶锚索的长度、排距、间距分别设置为：6 200 mm、950 mm、1450 mm，锚索托盘使用的为高强度拱形能够调节的金属托板、配套锁具，尺寸为280 mm*I280 mm*15 mm，托板承载能力在650 kN 以上。（3）金属网顶网片、帮网片、网孔的规格分别为：4800mm×1000mm、3200mm×10000 mm、45 mm*45 mm，材料使用的为10#铅丝，搭接的长度在120 mm 左右。

3.3 复杂区域巷道支护情况

顶帮围岩破碎层理和裂隙发育区域，锚网支护条件下使用的为打超前锚杆锚索、补打锚杆锚索，以及减小锚杆锚索间排距等不同的形式，使得支护的强度得以提升，以此有效控制顶帮围岩。以巷道超出450 mm 打一根锚杆，超出900 mm 补打一根锚索的方式处理[3-4]。巷高在4.2 mm 左右，可在距离巷帮顶部锚杆850 mm 左右位置补打一根单体锚杆，巷道超高5 m 建议在巷帮超高部位补打2 根单体锚杆、每排打2 根～3 根锚索就可以。

软弱破碎围岩情况下巷道围岩变形量非常大，巷道开挖后使用锚索支护锚索延伸量不会很大，超出极限所致破断则无法保证支护的效果。针对于此，建议在巷道开挖初期安装锚杆，经锚杆加固提高锚岩支护承载方面能力，这时锚岩支护体承载方面能力、稳定性会受到一定影响。锚岩支护稳定性达到极限前，且围岩变形在锚索工程延伸量以下的时候，需要在第一时间安装锚索，旨在实现锚岩支护体、围岩加固的效果。巷道开挖支护初期，主要通过锚杆柔性支护为核心，后期通过锚索悬吊为基础，旨在有效提高锚索支护的性能。在锚网索联合支护时，需要考虑到锚固体特征、锚索力学特征，以便确保支护设计的科学性、合理性，要求结合巷道围岩相关情况，通过锚杆支护、相关参数采用最适合的锚索支护方式。

4 大断面煤巷矿压观测关键点探讨

4.1 观测点布置要点

巷道施工后实行锚网索联合支护监督、控制，通过对获取相关矿压观测数据分析了解到，便于在第一时间反馈相关重要信息，为支护设计提供良好的支持。通过合理布设测点、随机布置测点联合的形式，进行巷道监测、巷道间隔35 m 左右距离布设一个巷道位移测点，同时在顶板中心位置安装顶板指示仪，在不良巷道围岩、遇构造带，以及高帽带等位置均应该设置观测点[5]。

4.2 重要观测结果研究

4.2.1 巷道位移量的观测结果情况

通过十字交叉法，对巷道位移量实行测定，然后联系观测结果使用关键数据加以深入分析。

4.2.2 顶板离层仪的观测结果情况

巷道掘进的过程顶板离层量较小，主要在20 mm锚固区内离层在锚固区外离层数值以上，表示顶板离层于锚固区的范围，锚杆锚固区外、锚索锚固区内顶煤产生部分离层，这时锚索锚固范围以外的离层不会很大，顶板稳定性较高，且锚网索联合支护对巷道顶板离层会加以严格控制[6]。经观测了解到测点2两帮位移量、顶底板移近量、断面分别为：180 mm、150 mm、16.5 m2；测点6 两帮位移量、顶底板位移量、断面分别为：150 mm、120 mm、16 m2。离层仪3 号锚固区内、锚固区外、总离层值分别为：12 mm、0 mm、12 mm；离层仪6 号锚固区内、锚固区外、总离层值分别为：10 mm、8 mm、15 mm；离层仪8#锚固区内、锚固区外、总离层值分别为：2 mm、0 mm、3 mm；离层仪10 号锚固区内、锚固区外、总离层值分别为：12 mm、10 mm、25 mm；离层仪17#锚固区内、锚固区外、总离层值分别为：15 mm、10 mm、20 mm；离层仪25#锚固区内、锚固区外、总离层值分别为：15 mm、8 mm、20 mm；离层仪33# 锚固区内、锚固区外、总离层值分别为：20 mm、8 mm、22 mm。观察时间为3 周左右，巷道掘进顶底板、两帮移近量、移近速度均非常大，而且顶底板 移近量、移近速度，和两帮移近量、移近速度比较更高。在此之后，巷道顶底板、两帮移近量下降，观测7 周巷道变形量不会非常大、逐渐保持稳定的状态。经巷道矿压监测结果可见，顶底板的变形量非常大，这时顶板下沉多在2 m 厚度顶煤中出现，顶底板移近量在120 mm 左右、两帮移近量在180 mm 左右，要求严格控制巷道位移量，目的为达到回采的相关标准，在3205 回风顺槽支护中进行锚网索联合支护[7]。

5 结语

大断面、厚煤层回采巷道支护中进行锚网索联合支护作业，有助于严格控制巷道顶煤下沉、两帮收缩量相关情况，实现临时支护、永久支护、复杂区域巷道支护等效果。如此一来，利于满足巷道断面回采的实际要求，进行主动支护、安全生产，这个过程需实行观测点布置、观测结果分析，目的为充分发挥出锚网索联合支护技术的最大作用，获得最理想的支护效果。