煤巷锚网支护施工技术应用措施探析

2016-02-02计玉

中国煤炭工业 2016年4期

文/计玉

煤巷锚网支护施工技术应用措施探析

文/计玉

锚网支护经过多年的研究、改进和生产实践，已经成为我国煤矿巷道施工的主要支护形式，可显著提高巷道支护效果，降低支护成本，减轻员工劳动强度。目前，锚网研究主要集中在规律、机理、特征显现上，而对锚网支护设计、现场施工技术缺乏深入探析。本文结合窑街煤电集团有限公司所属矿井煤巷锚网支护的实践，对锚网支护和现场施工技术措施进行了阐述。

一、锚网支护作用机理

随着煤巷锚网支护技术的快速发展，在大量理论分析、实验室试验、数值模拟及井下试验成果的基础上，进一步深化了对锚网支护作用的实质性认识，并应用于煤巷支护工程实践，进而推动了煤巷锚网支护技术的推广应用。

锚网支护主要机理是使围岩处于受压状态，控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等变形与破坏，抑制围岩弯曲变形、膨胀拉伸与剪切破坏的出现，减小锚固区围岩强度的降低，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，在锚固区内形成刚度较大的预应力承载结构，同时改善围岩深部的应力分布状态，使围岩成为承载的主体。

二、锚网支护设计

锚网支护设计是锚网支护成败和保证巷道施工质量的关键，对充分发挥锚网支护的优越性和保证巷道安全具有重要作用。鉴于煤矿特殊的地质情况，目前主要采用理论计算法结合工程类比法进行锚网支护设计。

1.锚杆、锚索材质和力学参数设定

锚杆材质（螺纹钢、圆钢、玻璃钢或其它材料等）、锚索材质和形式（钢绞线、钢丝绳、单根锚索或锚索束等）。锚杆、锚索力学参数（屈服强度、破断强度、延伸率等）。锚网支护要依据有效加固、控制围岩所承受的预紧力和阻止围岩离层、滑动等所承受的变形载荷，合理确定锚杆的强度。

2.锚杆、锚索几何参数（长度、直径、加工要求等）

（1）锚杆直径。锚杆直径的选择要综合考虑锚固效果、预紧力、施工难易程度等因素，在锚杆强度确定后选定。一般情况下，锚杆直径不宜小于20mm。对于围岩比较完整、变形量较小的巷道可选用直径较小的锚杆；对于围岩破碎、应力大的巷道，应选用直径大的锚杆。

（2）锚杆长度。锚杆长度选择应根据围岩结构、地应力和其他影响因素，结合巷道围岩松动圈大小和顶板自然平衡拱的高低合理取值，保证锚固区内形成一个稳定的承载结构，具有足够的承载能力。锚杆长度应与锚杆预紧力、强度、直径的变化相适应，形成有效的支护系统，实现良好的支护效果。

（3）加工要求。锚杆杆尾螺纹应滚圆处理后，采用滚丝工艺按标准件要求进行加工，必要时采取调质处理措施，尾部螺纹破断力不得低于杆体破断力。

3.锚杆、锚索布置参数（布置形式、间排距、角度、孔深等）

锚杆可采用矩形布置，围岩破碎、应力大的巷道，应正三角形“三花”布置。

锚杆间、排距要在保证单根锚杆预紧力的前提下进行选择，并与锚杆预紧力、锚固力、强度等参数的变化相适应。应充分发挥锚杆及其构件作用，相邻锚杆之间形成压应力叠加带，在保证支护效果与安全的条件下进行选择。一般情况下，锚杆的间、排距宜控制在0.7～1.2m。同位锚杆的间距与排距应该相同。

锚索作为补强加固手段，必须与锚杆的支护效果相协调，并以锚杆作用得到有效发挥为前提，不得因使用锚索而否定锚杆的作用、忽视对锚杆支护质量的控制。使用锚索必须施加足够预紧力发挥其对巷道围岩的挤压加固作用，不宜使用锚索及锚索长钢梁组合悬吊顶板浮离岩石。锚索布置要坚持低密度原则。一般情况下，顶板应以不小于3排锚杆的间距，沿巷道中线布置1根锚索；在大断面、地质构造、围岩松软、高地应力等围岩条件复杂特殊的巷道中，应根据需要补强加固对象的具体情况，合理确定锚索的布置形式。

锚杆要与巷道轮廓线垂直。矩形、圆角矩形、梯形断面锚网支护巷道，顶板角锚杆应距帮200～300mm、可与顶板法线成不大于15°的夹角布置；巷帮上角锚杆应距顶板200～300mm、可带不大于15°的仰角布置；巷道有底鼓现象时，巷帮底角锚杆应距底板200～300mm、带15°～45°的俯角布置。

4.锚杆、锚索锚固方式、钻孔直径、锚固长度等

锚网支护应优先选用加长锚固；对围岩比较完整、变形量较小的巷道，可选用端部锚固；对围岩破碎、应力大的巷道，应选用全长锚固。

5.锚固剂

巷道顶板锚杆安装要采用快速安装工艺，锚固剂要选用超快速与中速组合方式，使用快速安装螺母搅拌、预紧。超快速锚固剂用量要满足锚杆预紧的需要。帮锚杆应优先使用快速锚固剂。

6.锚杆预紧扭矩（或预紧力）、锚索预紧力

锚杆预紧力是锚网支护中的关键参数，对锚杆能否实现主动支护起着决定性作用。锚杆预紧力必须保证在锚杆作用范围内的巷道围岩处于持续被挤压状态，有效阻止离层发生。

预紧力应按照所选用杆体材料屈服载荷值的60%～70%选取。一般情况下，直径15.24mm锚索的预紧力不得小于110KN，直径17.8mm锚索的预紧力不得小于150KN，直径18.9锚索预紧力不得小于170KN。

三、锚网支护施工措施

1.巷道掘进

锚网支护的煤巷掘进应优先采用综合机械化掘进以减小对巷道围岩的工程破坏，保证巷道成形质量。根据围岩强度合理选择掘进机进刀方式和割煤顺序。巷道煤体坚硬完整时，要按常规方式从巷道腰线处进刀，先割腰线以上的煤体，并及时支护，然后截割并支护腰线以下煤体；巷道煤体松软破碎时，可采用“V”字形方式进刀，先截割出巷道顶部3个临时支护锚杆位置，及时支护，然后截割剩余煤体。

采用钻爆法掘进时，必须采用光面爆破工艺，严格控制周边眼距、数量、角度和装药量，以减小对巷道围岩的工程破坏；必要时，应留光爆层，采用人工修边，保证巷道成形质量。穿过围岩松软区、断层破碎带等特殊地段时，必须采用人工开挖，严禁放炮。

2.锚杆孔施工

锚杆孔施工要根据煤岩体性质选择适合的锚杆钻机。顶板锚杆孔应采用输出扭矩不小于130Nm的锚杆钻机施工；帮锚杆孔宜采用输出扭矩不小于80Nm的帮锚钻机或风钻施工。条件允许时，可采用液压锚杆钻机施工锚杆孔。

3.锚杆安装

安装前，要使用锚杆测量确认锚杆孔孔深和孔壁完好情况，并对出现的问题采取补救措施。

（1）锚固剂放置顺序。当使用两卷以上不同型号的锚固剂时，应按锚固剂凝固速度先快后慢的顺序，将锚固剂依次放入钻孔中。

（2）锚固剂安装方法。先使用安装棍将锚固剂推到孔底，再插入锚杆启动锚杆钻机边搅拌树脂锚固剂边推进锚杆。

（3）搅拌与等待。安装树脂锚固剂时，必须严格按标准控制搅拌时间和等待时间。搅拌时要先慢后快、连续进行，中间不得间断。

（4）铺设金属网。铺网时要使用紧网工具，金属网要拉紧绷展，贴紧巷壁，张紧力不得小于200N；两网搭接要符合作业规程规定；联网时30mm网孔每米不得少于23扣，做到扣扣相连、一扣压一扣，每扣联网丝拧紧不得少于3转。

（5）托板安装。安装部位及周围50mm范围内的浮煤（矸）必须清除、找平、找实，确因调整困难时，对未接触部位要楔紧、垫实。锚杆托板与护网或巷道围岩表面的紧贴程度不得小于托板面积的80%。

（6）预紧：锚杆螺母必须使用锚杆钻机或风动扳手拧紧。当锚杆钻机扭矩不能满足锚杆设计预紧扭矩要求时，必须采用扭矩放大器进行安装。锚杆预紧结束，必须使用力矩扳手检查预紧扭矩，达不到预紧扭矩的螺母必须立即二次拧紧至规定值。安装锚索应选用电动或气动张拉机具预紧。安装锚索时，钢绞线应推到孔底，安装后外露钢绞线长度应在150～250mm之间。张拉锚索时，要使张拉油缸与钢绞线保持同轴。锚索施工后，应及时检查，发现工作载荷低于预紧力时应及时进行二次张拉。