锚网索支护技术在沿空掘巷开采中的应用

文/王志 田子文

目前，一些中小型煤矿在煤炭生产中，煤层采煤预留煤柱的煤炭储量多，资源浪费比较严重。为了提高煤炭资源的回采率，李家塔煤矿经过实际论证，在巷道首次采用沿空掘巷技术工艺，在工作面采空区上覆岩层移动基本稳定后，留小煤柱在废弃巷道边缘的煤体中重新掘巷，作为原工作面的进风巷。

通过研究岩层性质、构造和矿压显现特点，推测出要使沿空掘巷能承受集中压力的动压作用而不发生片帮、冒顶等现象，要求支护结构必须具有较大的柔性和可伸缩性，只有使用锚杆、锚索支护形式，才能确保煤矿实现安全高效发展。

一、地质条件及工程概况

12-1131巷掘进工作面沿12#煤层顶板掘进，12#煤层稳定、结构简单，含1～2层0.06～0.1m厚的夹矸，煤层厚度2.3～2.8m，平均厚度2.5m；直接顶为泥岩（局部变为粉砂岩），厚3m左右,中间夹一层0.2～0.5m厚的煤线(大致在12#煤层上部1.2～2m之间)；基本顶为粉砂岩，厚约4m左右，含黄铁矿和植物化石碎屑,夹薄泥岩，11#煤层在12#煤层上部7m左右，10#煤层在11#煤层上部2m左右，其顶板为k2灰岩，平均厚度8.9m；12#煤层直接底为石英砂岩、硅质胶结、质脆，厚度约5m左右。

二、巷道位置的选择

沿空掘巷要求把巷道布置于低应力场，便于巷道维护，减少变形量，其关键是严格控制煤柱宽度，留小煤柱的目的是将巷道和采空区隔离，防止采空区的水和有害气体串入巷道，危及安全生产。煤柱的宽度对巷道的维护状况起决定作用。

如果煤柱太小，由于靠采空区侧的煤柱受支承力的影响已呈塑形，容易失稳，片帮严重；如果煤柱过大，将使巷道压力大、支护困难。根据李家塔煤矿大量观测资料统计，采面回采后沿倾斜支承压力分布情况可分为ABC三个区，其中A区为采空区边缘称为减压区，变化范围为3～15m，B为应力增高区，范围在15～40m，C为原岩应力区。因此，确定煤柱留设10m，使掘进巷道位于采空区减压区内，便于维护。

三、巷道断面及支护形式

1.巷道断面

12-1131巷道设计宽度3.4m，高度2.5m，净断面积 8.5m2，掘进断面 9.36m2。

2.巷道支护形式

（1）顶部采用了高强锚杆配合双排组锚索支护。选用Φ20×2000mm的左螺旋纹钢锚杆，选用CK2340型树脂锚固剂和Z2388型树脂锚固剂各一条，使用Φ130×8mm的冲压碟形垫片，并配合金属网、锚梁进行支护，锚杆“五五”布置，间排距850×800mm。选用Φ15.24×6500mm锚索，配套使用CK2340型树脂锚固剂和Z2388型树脂锚固剂各两条以及2.4m长14#槽钢、MX型锁具加强支护。每排施工两根锚索，配合槽钢托梁形成组锚索，间距1400mm，排距3000mm。

（2）两帮采用普通锚杆支护。选用Φ14.6×1600mm的金属锚杆，2630型水泥锚固剂两条，使用Φ100×6mm的冲压碟形垫片，并配合金属网、锚梁进行支护。锚杆“三三”布置，排距800mm，间距1000mm，肩窝帮锚杆距顶100mm。

3.支护机理分析

（1）采用锚索、钢带形成高强度、大收缩性的支护承载圈，即组合加固拱。据有关的测定组合拱内的岩体强度接近于破坏前的强度，同时具有较大的可缩性，这是沿空掘巷支护所必须具备的，只要支护参数选择合理是可以取得较好效果的。锚杆在岩层中的实质就是锚杆对松动圈进行约束挤压加固，重新形成具有一定强度、一定厚度的组合加固拱。

（2）由于采用沿空掘巷，普通锚杆难以保证巷道支护的可靠性。因此必须在普通的锚网梁支护的基础上使用锚索支护，从而通过锚索的悬吊作用，与锚网梁形成的组合梁形成一个厚度加大、抗弯强度和刚度提高的组合梁结构。

（3）采用锚杆支护，可以减少围岩浅部的扩容变形能力。在高应力作用下，扩容变形是不可能完全阻止，通过锚索支护可以有效地加固锚固范围的围岩体，可大大减少其扩容变形量。

（4）采用钢带、金属网提高了围岩面的抗拉变形能力，控制围岩变形量，同时通过钢带，形成一个有机的支护体，而不是锚杆锚索的独立作用，从而提高了整体支护能力。

（5）锚索外部采用槽钢垫板，提高了抗变形能力，在高应力的作用下，通过槽钢的塑性变形进行部分卸压，大大减少了锚索的破损力。

（6）塑性变形卸压是一种少量可以允许的变形量，这种变形量不是有害的，它不影响巷道的安全使用。

四、矿压观测

1.矿压观测内容

（1）围岩表面位移观测。围岩表面位移监测点采用直线布点法。所有监测数据建立台账，如下表。

测点距工作面距离（m）移近量（mm）顶底板1 2 3 4 5 20 40 60 80 100 100 80 60 50 60 50 48 46 40 38两帮

（2）巷道每隔50m安装一组顶板离层监测仪观测顶板离层情况，无论顶板还是两帮位移都很稳定，顶板没有离层现象。

（3）锚杆锚固力量测定。每隔30m设一个观测断面，对锚杆锚固力进行测量。使用锚杆拉力计进行锚杆锚固力的测试，使用公斤扳手进行锚杆初锚力测试。测量结果，初锚力、锚固力均符合设计要求。

五、效果分析

通过现场监测，12-1131巷沿空掘巷采用锚索加强支护比单独使用锚杆支护有明显改善，主要表现在：解决了前边掘进，后边维修的问题；巷道顶板和两帮整体性比较好，虽然顶板有一定的下沉量，但仍然保持完整、稳定，支护状态好；使用锚索加强支护后，顶板的安全程度有了明显的改观。

六、技术经济分析

1.沿空掘巷，采用锚网索支护，巷道支护质量得到很大改观。

2.巷道经受动压影响，变形量小，无冒顶片帮现象。

3.采用锚网支护，具有承载快，锚固力大，位移小和可靠性强。

4.锚杆挂网配合钢筋托梁作用，使锚杆受力状态得以平衡，发挥了锚杆群共同承载作用，能与围岩一起作用来提高围岩承载能力，主动进行支护，有效抑制了围岩的变形。

5.采用锚网支护，锚固范围内岩体的整体性得到加强，防止了顶板滑移，使顶板的松动离层受到了抑制。

6.采用锚网索支护，工序简单，施工容易，巷道断面小，降低了劳动强度，减少了巷道维护量。

七、结论

李家塔矿在12-1131巷首次采用沿空留巷技术，并将锚网索支护应用于其中，巷道能经受动压影响，变形量小，无冒顶片帮现象发生，是切实可行的有效方法，具有广阔的应用前景。