锚网、锚索联合支护技术的应用

王向阳　孙海潮　徐东明

【摘 要】在地质条件复杂，周边是风氧化带和采空区的老矿井，通过对矿山压力分布及顶板情况进行论证，成功应用了锚网、锚索联合支护，提高了支护效率，保障了掘进巷道的安全生产。

【关键词】锚网、锚索；应用

0.引言

苍村煤业公司今年5月前，五采区掘进巷道采用木腿棚支护，由于煤层直接顶板为灰色砂质泥岩，厚8.43m；煤层底板以深灰色泥岩为主，厚2.75m左右，掘进工作面常常出现底鼓、顶板破碎、切断下沉及棚腿断裂现象，职工劳动强度大，生产效益低，矿井安全生产管理困难；现掘进的500工作面煤层顶板5m以上为棕黄色砂质泥岩，若采用木棚支护，不能按时完成计划进尺，也会给安全管理带来重重困难，因此我公司根据实际情况，结合顶底板赋存条件，选择了锚网索联合支护，现使用正常，支护效果良好，可推广应用。

地质情况及工作面设计：

1.地质情况

500工作面煤层赋存稳定，顶板以黑色泥岩为主，局部为砂质泥岩或粉砂岩，厚度12-14m，一般13m左右。直接顶下有一层伪顶为薄层粉砂岩或砂质泥岩，厚度最大0.2m，随掘随落，为破碎型顶板。老顶以块状灰白色中细粒石英砂岩为主，称七里镇砂岩，为本井田K2标志层，有时相变为粉、细砂岩互层或粉砂岩，厚0.9-21.87m，一般2-3m，层位较稳定，坚硬，不易垮落。底板为灰黑色泥岩及砂质泥岩为主的根土岩，该层遇水易膨胀，松软。水文地质划分为以裂隙为主，属简单型。

2.500掘进工作面设计

500工作面沿煤层倾斜布置，南至F3正断层，北为1400采空区，东到煤层风氧化带，其中原苍斜二号井之1401工作面在风氧带附近回采116m，西临原苍村二号斜井1402、1403工作面采空区和平峒1303、1305工作面采空区。500运输顺槽长650m，回风顺槽长630m，联络巷为40m。

3.工作面支护设计

3.1确定巷道支护形式

根据地质资料分析，煤层直接顶为中等稳定顶板，适合锚网支护。为了将锚杆加固的组合梁悬吊于坚硬岩层或压力平衡拱内，需用锚索做辅助支护。开拓巷道再采用喷浆封闭围岩，厚度不小于30mm。根据六采区巷道的支护经验，巷道选用矩形断面，锚网、锚索联合支护。

3.2支护参数设计

3.2.1采用类比法选择支护参数：

根据地质资料和邻近巷道的支护经验，支护锚杆选用Φ16×2000圆钢锚杆，间距，开拓巷道为650-750，回采巷道为700-800；排拒均为1000。帮锚选用Φ16×1000圆钢锚杆和Φ18×1000玻璃钢锚杆，间距为700-800，排拒为1000。锚索均选用Φ15.24×6000、1860级低松弛钢绞线，沿巷中部布置两排，间距1600，开拓巷道排距为2000-3000；回采巷运顺沿巷中部布置两排，间距3000，回顺沿巷中部三花布置，排距3000，间距1200。

锚杆锚固力不小于50KN，扭力矩不小于100N.m；帮锚杆锚固力不小于30KN，扭力矩不小于60N.m；锚索预紧力不小于120KN，锚固力不小于230KN。

3.2.2计算法校核支护参数：

（1）锚杆长度校核：

顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：L≥L1+L2+L

式中L——锚杆总长m。

L1——锚杆外露长取50 。

L2——有效长度（顶锚杆免压拱高b，帮锚杆煤帮破碎深度c）m。

L3——锚固端深度（顶锚杆取500，帮锚杆取300）。

普氏免压拱高：

b=[B/2+Htan（45o-ω帮/2）]/f顶

式中B、H巷道掘进宽和高（按最宽巷道效验）B=5500H=2400；

f顶——顶板岩石普氏系数取3煤取2

ω帮——两帮围岩的内摩擦角取45o

b=[5500/2+2400×tan（45o-45o/2）]/3=1250

C=2400×tan（45o-45o/2）]/2=497

依据上述计算顶锚杆长度L顶≥50+500+1250=1800

帮锚杆长度L帮≥50+300+497=847

所选锚杆长度满足要求。

（2）锚杆锚固力效验：

锚固力就是锚固剂与锚杆的粘剂力、锚固剂与锚孔的粘结力及锚杆的抗拉力的最小值确定的，再考虑一定的安全系数来计算。

顶锚杆锚固长度500，锚杆直径Φ16，锚固段岩锚孔直径40。

帮锚杆锚固长度300 锚杆直径Φ16，锚固段与煤锚孔直径40。

锚固力P=（P1，2）/K

锚固剂与锚杆的粘结力P1，2=Φ1，2×π ×L3×T1，2

式中 P1——锚固剂与锚杆的粘剂力KN，P2——锚固剂与锚孔的粘结力KN，

Φ1 ——锚杆直径Φ2——锚固段锚孔直径，L3——锚固段长顶锚杆为500帮锚杆为300，Τ1——锚固剂与锚杆的粘结强度N/2，取5，Τ2——锚固剂与锚孔的粘结强度N/2，煤孔取1.2，岩孔取1.8，K——安全系数取顶1.5-2帮取1-1.3

顶锚杆锚固力验算：

锚固剂与锚杆的粘结力

P1=16×π×500×5=125600N=125.6KN

锚固剂与锚孔的粘结力

P2=40×π×500×1.8=113040N=113KN

则P=（P1，2）/K=113/2=56.5KN大于50KN

帮锚杆锚固力验算：

锚固剂与锚杆的粘结力

P1=16×π×300×5=75360N=75KN

锚固剂与锚孔的粘结力

P2=40×π×300×1.2=45216N=45KN

则P=（P1，2）/K=45/1.3=35KN大于30KN

（3）锚杆抗拉力：

P3=π/4×Φ2×σT

P3——锚杆破断力KN，σT——锚杆抗拉强度N/2取375（金属锚杆），Φ——锚杆直径取16

则P3=π/4×162×375=75360N=75KN大于50KN满足要求。Φ18的玻璃钢锚杆，强度优于同等规格的金属锚杆，所以更能满足要求。

4.结论

（1）我矿五采区通过支护方式的改进，锚网索联合支护的应用，改变了巷道支护技术面貌，提高巷道安全生产管理水平和煤矿企业经济效益。（2）我矿五采区原来每班掘进2茬，即3.7m；现在每班掘进3茬，即5.3m，掘进进尺方面加快进度，提高了人工工效，节约了材料成本，降低了职工的劳动强度。（3）我矿五采区顶板赋存中等稳定，锚网索联合支护是根据中等稳定顶板设计的，所以锚网索联合支护的应用为我矿五采区后续掘进中等稳定顶板的巷道奠定了基础。 [科]