煤巷锚网支护优化及技术应用

2016-02-02计玉

中国煤炭工业 2016年1期

文/计玉

煤巷锚网支护优化及技术应用

文/计玉

窑街煤电集团公司金河煤矿煤层赋存深度在510～710m之间，煤层平均厚度25～30m，煤层倾角8°～12°，采区地质条件复杂，断层、节理发育，煤巷支护一直是影响矿井安全生产的难题。开采过程中，由于采煤工作面沿走向布置，倾斜划分，工作面水平距离在5～10m左右，且在回采平行布置16203、16205、16207工作面时，工作面进、回风顺槽巷道变形较大，锚杆拉断、托板压裂，金属网形成网包较多，尤其是相邻工作面掘进及回采期间，回风巷顶、帮压力大，造成巷道断面急剧缩小，严重影响了正常安全生产。为此，金河煤矿借鉴煤巷锚网支护先进技术，结合煤层赋存条件及巷道布置，优化锚网支护，严把工程质量，取得了显著效果。

一、锚网优化支护的技术要求

1.一次支护原则。锚网支护做到一次支护，有效控制围岩变形，避免二次或多次支护，以及巷道维修。

2.高强度、高预紧力、高锚固力与低支护密度的“三高一低”原则。选择高强度杆体材料，保证锚杆具有足够抗破坏能力；采取有效措施给锚杆施加较大的预紧力和提高锚固力，保证支护系统抗变形能力，做到主动支护。同时,还要在保证支护系统可靠性的条件下，减少单位面积上锚杆数量，降低支护密度，缩短锚杆安装时间，提高掘进速度。

3.“三小”原则。确定锚杆强度后，应优先选择杆体材料强度高，直径适宜的锚杆。采用小直径锚杆孔，使用小直径树脂锚固剂，减小直径差，做到锚杆、钻孔、树脂卷“三径匹配”，保证顺利安装、提高锚固效果、降低材料消耗。

4.相互匹配原则。锚杆、锚索及其各构件的参数与力学性能相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能相互匹配，最大限度地发挥锚杆的整体支护作用。顶帮并重，兼顾底板原则。巷道顶板、侧帮锚杆的预紧力、锚固力、材质、直径、构件等参数应保持一致。底鼓巷道应采取底板支护措施。

5.差异化原则。空间位置、地质构造、围岩状况等条件不同的巷道，支护形式和参数设计等有针对性，不得千篇一律。

二、锚网支护优化及数字参数

16209工作面走向长480m，倾斜100m，煤层平均厚度为12.4m，煤层倾角12°，根据金河煤矿煤层赋存条件及相邻巷道矿山压力情况分析，对16209掘进工作面支护参数进行了优化设计。

1.巷道规格。断面形状采用三心拱断面，进风净断面11.55m2，净宽4.2m，净高3m；回风净断面9.56m2，净宽3.5m，净高3m。支护形式：锚网、索支护。

2.顶板支护。锚杆采用HRB335左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格为Φ20×2400mm，配200mm× 200mm×60mm复合托板及150mm×150mm×10mm穹型铁托板，每根锚杆采用一支CK2335和一支Z2360型树脂锚固剂加长锚固；锚杆间排距为700mm×900mm。锚索选用Φ17.8×7300mm的低松弛、高预紧力钢绞线，锚索间距1800mm，每根锚索采用一支CK2335和两支Z2360型树脂锚固剂加长锚固；锚索预紧力不低于80KN，锚固力不小于200KN。锚网均采用12#铁丝制作，规格1000mm×10000mm，网孔为30mm× 30mm的菱形金属网。锚杆预紧力矩不小于400Nm，锚固力不小于130KN。

3.两帮支护。锚杆采用HRB335左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格为Φ20×1800mm，配200mm× 200mm×60mm复合托板及150mm×150mm×10mm穹型铁托板，每根锚杆采用两支Z2360型树脂锚固剂加长锚固；锚杆间排距为700mm×900mm。采用12#铁丝制作，规格1000mm×10000mm，网孔为30×30mm的菱形金属网。锚杆预紧力矩不小于400Nm，锚固力不小于130KN。

三、巷道优化支护前后的优势比较

金河煤矿通过对16209掘进工作面支护参数进行优化设计，改进施工工艺，达到了增强支护强度，提高工程质量，确保安全生产的目的。

1.巷道断面形状。由矩形改为半圆拱断面。矩形断面在受压后承压小，容易变形，加之金河煤矿工作面相邻，巷道肩窝受压较大，根据受力分析，肩部围岩受重力、水平应力和构造应力共同作用，应力高度集中，剪切力较大，而矩形断面肩部由于岩体被开挖，抗剪切能力大大降低，故出现被剪断现象。采用拱形断面能适应围岩应力场的特点，有利于提高围岩的自承能力，降低矿山压力对巷道的破坏作用，提高了支护效果。从支护角度来看，矩形巷道与拱形巷道相比，矩形巷道自然支护拱下方，煤岩容易掉落，对安全、支护极为不利。采用锚网索支护时，锚杆、锚索的支护深度相对降低，缩小了锚杆、锚索的支护强度。从巷道断面形状分析，拱形巷道力的传递性比矩形巷道好，拱形断面可直接将力传递到两帮，在两帮的支撑下，顶板不易变形，降低了压力对巷道的破坏。

2.顶锚索支护参数。原Φ15.24×5400mm钢绞线锚索改为Φ17.8×7300mm钢绞线锚索。原Φ15.24mm锚索与Φ17.8mm相比，破断强度不突出，对顶板控制的范围较小。Φ17.8mm锚索破断力提高35%，在同样一根锚索的情况下，对顶板的控制能力提高了35%，加长、加粗顶锚索，锚索预紧力由原60KN提高到80KN，能够增强巷道深部围岩强度，提高围岩的自身承载能力，更利于促进巷道的稳定。

3.锚杆支护参数。帮锚杆直径由Φ18mm增加至Φ20mm，增加了锚固强度；将150mm×150mm×8mm穹型铁托板厚度增加至150mm× 150mm×10mm，做到托板与锚杆的合理匹配；肩窝锚杆角度由原来的75°调整到45°，使其锚杆锚点更易形成自然拱，增强其自身整体性。同时，锚杆预紧力矩由原200Nm提高到400Nm，锚固力由原100KN提高到130KN，锚杆整体支护效果显著增强。

4.科学合理的三径匹配。合理匹配钻孔、锚杆、树脂药卷的直径，是保证树脂锚杆支护结构整体达到最佳支护状态的基础。锚杆直径和钻孔直径的合理匹配值为6～10mm，最佳值为7～8mm。将锚杆直径由原Φ18mm增加至Φ20mm，钻头直径由Φ42mm缩小至Φ27mm，锚固剂直径由Φ28mm缩小至Φ23mm，达到了最佳匹配，大大提高了锚杆锚固效果。

5.支护工艺技术水平。锚杆支护的关键在于破岩同时如何保护围岩的稳定。为了保持围岩稳定性，金河煤矿全部采用综掘机，大幅减少了对围岩的破坏，尤其加强了松软煤层、裂隙发育地段的巷道成形控制，顶板揭露后对顶板及时支护，保证巷道不变形。加强巷道施工质量验收，抓好班组现场验收管理，锚杆编号管理，做到合格一根验收一根，锚杆做到“零漏洞”验收，杜绝失效锚杆存在，提高锚杆支护质量。