刍议半煤巷道支护塑料护帮网技术及其应用

摘要：根据国家统计资料显示，当前我国有超过八成的井下作业巷道在煤层中挖掘，这对煤矿巷道支护技术以及其安全管理提出了更高的要求。煤矿巷道安全支护技术的提升能避免安全生产事故的发生。文章结合某煤矿实际情况，对塑料护帮网技术原理以及参数设计进行分析，探讨了半煤巷道支护塑料护帮网技术及其应用。

关键词：塑料护帮网技术；半煤巷道；巷道安全支护技术；井下作业巷道；煤矿安全管理 文献标识码：A

中图分类号：TD235 文章编号：1009-2374（2015）10-0168-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0935

本文以某煤矿为例进行分析，该煤矿煤层定向布置巷道，其煤层顶板为巷道顶板，采用不完全梯形的断面形式。煤层顶板为灰白相间带状条纹，其厚度大约为6.7～7.7m，平均厚度为7.2m。该煤层的顶板岩石抗压强为20～24MPa，其中最大抗压强度为35MPa。该煤层底板是由厚度约为0.75～1.1m的黑色粉砂岩组成，平均厚度为0.88m，抗压强度为65MPa。

1 巷道及巷道支护理论概述

1.1 我国煤矿巷道概述

当前阶段我国对于煤炭资源的开发仍然沿用巷道挖掘并进行井下施工作业的作业方法，在极大部分数量的矿井中，其巷道深度甚至超过了700m。根据国家统计资料显示，当前我国有超过八成的井下作业巷道在煤层中挖掘，这对煤矿巷道支护技术以及其安全管理提出了更高的要求。煤矿巷道安全支护技术的提升，不仅能在一定程度上提升巷道的服务年限以及耐用性，更主要的是避免了安全生产事故的发生。在未来一段时间内，如何提升煤矿巷道的安全性和稳定性，如何充分根据井下作业的特点进行巷道支护技术的选择，必将成为重要的焦点问题。

1.2 煤矿巷道支护理论概述

1.2.1 围岩强化。围岩强度强化理论是指支护技术中通过改变围岩应力从而增加相应的围压，并使围岩的载荷能力得到加强，该技术理念能够有效地增加锚岩体本身的性能，并使岩体的峰值以及残余强度得到

增加。

1.2.2 松动圈支护。松动圈支护是巷道开挖施工过程中会造成周围岩层松动并形成一定的松动范围，从而引起松动圈膨胀，在这种情况下对膨胀圈进行支护从而防止岩体破裂而形成的安全隐患问题，使得支护技术更具针对性。

1.2.3 奥法支护。新奥法理论主要有以下两点内容：（1）对煤矿巷道的光面实施爆破处理；（2）对隐患区域内的周围岩壁进行加固处理，从而增强其荷载能力的方式。

1.2.4 联合支护。联合支护主要是通过多种支护手段的组合运用，以此提升支护体的整体硬度和强度，从而达到改变围岩松动、膨胀现象的状况，最终使巷道的稳定性得到增强的一种技术方法。联合支护的技术方法较多地运用于巷道内部地势和地形相对较为复杂的

地区。

2 锚杆支护机理

2.1 确保锚杆的加固作用

为了保证在进行半煤巷道支护的过程中将各种力传递到稳定岩层上，在进行锚杆的选择时应注意锚杆的直径、长度以及其锚固能力，以防止由于顶板地质构造或者是煤层顶板岩石强度较低造成的切顶事故。其中特别应注意的是加强位于巷道两侧锚杆的锚固力，从而确保在支护过程中锚杆的加固作用能够得到有效的发挥，更好地进行力传递。

2.2 保证系统有效性

系统有效性主要是指即使在局部区域锚杆失效或者煤层顶板遭到破坏的情况下，也可以在支护系统转移力的作用下，保证整个系统不会全面失效。

2.3 加强煤帮支护

加强煤帮支护主要是由于锚杆支护通常是以煤帮为介质将力传递至底板，所以应注意加强煤帮支护锚杆的整体强度，从而在最大程度上减少煤帮的松动深度。

3 塑料网工艺分析

3.1 原材料

塑料网的原材料主要有聚丙烯、色母、三氧化二锑、抗静电剂以及高效阻燃剂等，其各项材料的质量要求都应符合标准，在必要情况下进行相应的理化试验，在确保质量合格后，实验室保留相应的记录。

3.2 搅拌

在塑料网制作过程中，可以按照每锅次的原料配料量以及原料加料顺序进行搅拌，在高速搅拌机中搅拌5～7分钟。同时在原材料搅拌完成后应对其配料搅拌情况进行检查，确保各主材料与配料之间不出现混合不均，且搅拌机内无搅拌残留，同时还应注意其装料和转运以及上料都应符合相关操作要求。

3.3 轧光及切边

在塑料挤出机进行预热前应对其三辊轧光机以及轧滚表面部件进行检查和清理，等到板料挤出后应根据三辊间距、挤料量以及挤出机的温度等参数来控制板的厚度和宽度进行调整。在此过程中应注意板的厚度应符合生产工艺要求，保证其误差在可接受的范围之内。同时板在切边后的宽度应保持在1200±10mm范围内，不能出现凹凸边框、缺料边或者是其他缺陷问题。

3.4 冲孔

在制板完成后及时将板头穿入冲床进行冲孔，孔的直径控制在3.7±0.1mm，注意保持40～80次/min的冲孔频率，在冲孔过程中的调整气压为0.5MPa，公称力为110kN，最终的横向孔距确定为15.5±0.1mm，冲孔步距16.9±0.1mm。操作工人和机修工人应对此过程总的各项孔距进行调整和修正，同时避免各种连孔、重孔、缺孔以及不透孔等问题的出现。

3.5 纵向拉伸

在制板冲孔后会有一定的余量，此时应将冲孔前段毛板与纵向拉伸机组的预穿导料板之间应采用专业的连接装置固定牢靠，等到其板料长度能够穿过纵拉机组时，启动机动机组穿板料并对中拉和终拉速度做出相对应的调整，将水温控制在≥95℃，拉伸幅宽要求控制在1050～1075mm。纵向拉伸中需要注意的在拉伸完成后一定要对实际尺寸进行测量，如果存在的偏差问题则应立即对拉伸速度进行调整，在纵向拉伸需要收卷时应保持在收卷器上进行收卷，使之保持一定的张力，收卷直径以1.2m为宜。

3.6 横向拉伸

将纵向拉伸后的网头穿过横向拉伸机送料装置后，用横拉机组引进口两侧夹具口夹紧，开始横拉。横拉时应根据《生产工艺通知单》给出的温度及拉伸效果调整热风炉温度，使横拉网格均匀。横拉完成后产品应用收卷机进行收卷、计长，收卷尺寸：宽度：4.0～4.1m；长度：根据实际生产需求定尺寸。横向拉伸完成后产品应捆扎整齐，每卷不得低于三个困扎点。

4 技术参数

作为一种专门用于煤矿支护的新型防护网，双向拉伸塑料网主要以聚丙乙烯为基本材料，在经过了抗静电以及抗阻燃技术处理之后，运用双向拉伸方法最终形成了具有完整整体结构的方法网，双向拉伸塑料网可以说是在充分保证了强度的前提下，提升了其综合使用性能。其与一般意义上的塑料网与金属网相比，存在着较大的优势：（1）其具有易弯曲且强度大、耐腐蚀且便于运输的特点；（2）其在双向拉伸作用下形成的筋和肋互相垂直，有效地将网面的压力分散到了四周紧肋，在很大程度上提升了网面的整体承载能力；（3）由于塑料网是在双向拉伸作用下形成的，所以其需的网孔蠕变量较小，孔尺之间均匀平衡，会避免煤块脱落给井下工人带来的危险；（4）在其整体的方法网结构中，纵横向并有加长的承载力，再加上其网色与煤层色相互亲和，使巷道具有一定的平衡性。塑料网与其他防护网的监测数据：塑料网，抗压强度为320MPa，破断强度3500N，延伸率20%～30%，单价11.5元/m2；菱形网，抗压强度为380MPa，破断强度4200N，延伸率9%，单价18.8元/m2；经纬网，抗压强度为360MPa，破断强度4000N，延伸率7%，单价23.5元/m2。

5 护帮网在巷道支护中的使用方法及注意事项

5.1 使用方法

塑料护帮网在半煤巷道支护的使用过程中通常情况下会采取横向铺接法，其具体操作步骤如下：

5.1.1 将塑料网卷在巷道内铺开，并按照巷道上部的支护周界长度将其分剪成为一段或者是多段的网片，其网片剪切程度以及铺网长度取决于巷道的形状、宽度以及岩矿性质等，使用单位应在相关作业流程中对其进行说明。

5.1.2 把剪切好的网片沿巷道上部的支护周界铺开，并保持其与原有的支护片之间的搭接部分大于10cm，同时采用规格为1.2～1.8mm的金属绑丝将新铺网片与原有网片进行捆绑处理，在捆绑过程中应注意其牢固程度，至少用捆绑钩旋转5圈以上。

5.2 注意事项

5.2.1 如果在使用过程中存在着筋条被利器割断的情况时，可以采用局部补强的方法对其进行修补，其补强方法与之前所说的网片捆绑方法相同。

5.2.2 应注意产品的储存环境以及储存温度，如果温度过高或者储存期限过长，会直接造成材料外观颜色转变或者是较大面积的收缩变形，如果出现了筋条弯曲情况，应立即暂停其使用并及时采取力学性能检测的方法，确保质量符合标准要求后再使用。

5.3 运输和储存

5.3.1 路面运输。在地面运输过程中特别是在进行产品装卸时，应避免使用较为尖锐的器具，同时在运输过程中应远离不规则物体或者是重物。卷材可以直立放置也可以平卧放置，但是需要注意在装载过程中其堆压最高层数不能超过8层。

5.3.2 井下运输。在卷材的井下运输过程中，应尽量使用厢式矿车，减少U型叉车的使用，从而避免各种冲撞或者是挤压作用带来的破坏。

5.3.3 存储。在存储过程中需要注意以下四点：（1）储存环境选择上，应保证其远离火源2米以上并处于常温条件下；（2）在储存时应选择避光的库房，同时在产品与地面之间架设不低于20cm的隔离层架；（3）储存环境应保持通风干燥，并防止太阳直射；（4）材料的储存日期为出厂后一年半以内。

6 应用实例

该煤矿的掘进队现场施工的下山采区为综采面下巷，其煤层厚度为1.8～2.2m，平均厚度为2.0m，倾角为11°～20°。工作面走向达到了1100m。为了能够良好地对工作面的生产要求进行适应，其下岗设计形式为机轨合一，断面形式为宽度3.2m、中高2.0m的不完全

梯形。

6.1 塑料护帮锚网

为了防止上帮片帮造成的顶板跨度增大问题，采用型号为HBPP30-30MS的聚丙乙烯双向拉伸阻燃抗静电煤矿井下用塑料护帮网，该塑料护帮网的抗拉强度大于30kN/m。

6.2 施工工艺

主要采用的是沿煤掘进的方法，采用光爆工艺对爆破进行控制从而有效减少可能对围岩煤帮造成的振动，并保持巷壁的平整性。煤层顶板采用锚杆-W钢带联合支护，在巷道爆破进尺后，按照前探梁支护→打锚杆孔→安装树脂卷→安装托盘及螺母→铺设护帮塑料锚网→安装锚杆杆体的顺序进行。

在施工过程中需要注意的是塑料护帮锚网的保护铺设：（1）应控制好掘进迎头打眼的角度和网到迎头的距离，一般情况下其距离应保持在3～5m范围内，防止出现炮崩网现象；（2）塑料护帮锚网在铺设过程中应紧跟煤层顶板，如果局部出现高度不够的情况时必须对现场进行清理；（3）尽量保持巷帮的平直，塑料护帮网应保持平直并与巷帮紧贴。同时锚杆柱也应紧贴巷帮并保持150N·m的锚杆扭矩；（4）塑料护帮网的连接处应保持>10cm的压茬，并对相间隔的网孔用尼龙绳或者是铁丝扎牢。

6.3 支护效果

钢带锚杆塑料网和锚杆支护在该煤矿的使用中获得了较好的技术效果以及经济效果，在试验巷道中表现出了较好的力学特性，对顶板岩层起到了有效的加固作用的同时，使巷道顶板的完整性得到了有效的保护，有效地解决了困扰了该煤矿煤层片帮的重大问题。另外，在良好的支护体系下，巷道顶板始终处于良好的受力状态，对巷道变形起到了重要的控制作用。该煤层的巷道顶底板移近量由往年的48cm减少到了13cm，两帮的移近量由以往的27cm减少到了6cm，并且其总的断面收缩力保持在了惊人的0.5%左右，完全符合了生产使用标准及生产要求。除此之外，塑料护帮网支护与其他支护技术手段相比，节省了大量的原材料，并有效地减少了二次拉低返工。

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作者简介：陈转琴（1980-），陕西渭南人，神华神东煤炭集团设备维修中心三厂工程师，研究方向：煤矿井下用支护产品。

（责任编辑：王 波）