锚网支护在综采工作面回撤通道中的应用

吕 磊

（晋能控股集团轩煤公司刘家梁矿掘进二队，山西 忻州 034114）

近几年，矿产资源开采规模显著增大，而矿区地质条件越来越复杂，且逐渐产生大断面巷道，同时巷道围岩结构稳定性比较差。因此，在矿产资源开采中，应用综采技术不仅可以提高开采效率，增大产能，还能够有效提升生产安全性；扩大综采工作面，能够有效提高机械化开采水平，同时降低生产过程危险性；在综采工作面开采过程中还需用多种机械设备，而很多机械设备的体量比较大，因此对于回撤通道支护技术的要求比较高。为提高综采工作面安全性，可应用锚网联合支护技术，以保证回撤通道支护效果。

1 锚网支护原理分析

在综采面矿产资源开采时预扩巷道围岩的过程中，可能会对结构软弱面造成较大扰动作用，进而导致其破裂，对此，可利用锚杆对顶板进行支护，以使软弱结构能够有效发挥抗剪作用，提高巷道围岩结构稳定性，避免在矿产资源开采过程中围岩结构发生变形。在回撤通道支护体系中，锚杆可联合岩层梁，有效支撑上覆岩层，组合梁则可能会受到围岩结构对其造成的反作用力，导致顶板岩层开裂，此外，因顶板岩层还会承受由锚杆产生的预紧力，因此锚杆之间的岩块会不断脱落，导致锚杆无法发挥支护作用。对此，通过应用钢筋梁以及钢筋网可有效提高组合梁完整性，同时避免岩体松动，充分发挥支护体系的重要作用。在锚网支护施工时，可在煤帮附近安装顶板锚杆，锚杆需保持一定的倾斜度，然后再打入至煤体中，采用这种方式的支护强度比较大。另外，在顶板位置也可打入锚索进行锚固，将总轴线作为基线，据此选择支撑点，并施加一定的预紧力，从而有效避免或者减缓顶板变形，提高组合梁支护效果[1]。

2 工程概况

2.1 工作面地质条件

在某矿产资源开采中，综放工作面长度为860 m，切斜宽度为122 m，煤层平均厚度为9.5 m。根据检测分析，煤层普氏系数f为0.4～0.7，相对瓦斯涌出量在15～20 m3/t之间。根据现场勘查，煤层直接顶为厚度8 m左右的砂质泥岩，老顶为厚度5.35 m左右的粗砂岩，直接底为厚度0.92～3.73 m的粉砂岩，老底为厚度3.7～10.4 m的细、中粒砂岩。工作面与停采线之间的距离为100 m，地质结构复杂，斜向分布F101-1及F102-1两条断层，两条断层之间的落差分别为8 m以及2.4 m。根据现场勘查，两条断层发生切割破坏，煤层节理发育，部分区域煤层厚度减小，同时出现底板隆起问题。

2.2 工作面支承压力分布特点

在工作面推进方向，回采空间支撑结构由煤壁、工作面支架以及采空区冒落矸石所组成。根据现场勘查，顶煤的变形以及破坏形式如下：在工作面前方40 m处，出现顶煤始动位移点；在工作面上，顶煤的位移不断增加；工作面前方4～18 m范围为顶煤稳定变形区，在这一区域内煤体受到破坏，同时产生新的裂缝，水平应力较大，变形类型为塑性变形，稳定性比较强；工作面前方0～4 m范围为顶煤变形加速区，顶板破碎后，顶煤受到回转力作用，同时水平应力显著降低，煤体承载能力比较差，裂缝逐渐扩大；垮落破坏区为支架以上煤体，由于顶煤受到支架反复支撑作用及卸载作用，此区域遭到严重破坏，连续性降低。工作面前后支撑压力分布形式如下页图1所示。

图1 工作面前后支撑压力分布示意图

3 回撤通道支护方案比选

3.1 架棚支护

架棚支护不仅能够支撑顶板，保证作业人员安全，同时还可创造良好的通风条件。在回撤过程中需应用很多工字钢，回撤位置则需应用大量木垛，因此，架棚支护时所需的材料比较多，同时顶板管理难度较大，可能会造成资源浪费，且回撤速度比较慢。如果将其应用于易燃煤层，煤层一旦发生火灾，则很难及时采取有效的处理措施。

3.2 锚网支护

通过对顶煤变形特征进行分析，在回撤通道掘进施工前，首先需对煤体采取有效的加固处理措施，以缓解煤体变形速度，同时还需提升支架顶部煤体承载能力。在回撤通道掘进完成后，应及时安装锚杆，以提升围岩结构稳定性以及承载能力[2]。

综合考虑矿区实际情况以及技术条件等因素，最终选用锚网支护施工技术。连续挤压加固带的形成图如图2所示。

图2 连续挤压加固带的形成示意图

4 回撤通道锚网支护参数

4.1 巷道断面形状及宽度

在通道设计过程中，为了保证回撤通道的安全性和可靠性，应对架前部分以及架顶部分进行优化设计。其中，在架前部分设计中，要求确保支架能够顺利移动，因此可采用矩形断面形式，净宽和净高分别为2 m和2.8 m，净断面的面积为5.6 m2，轨道铺设过程中，在上下端头6 m范围内需严格控制曲线半径，净宽和净高分别为3 m和2.8 m，净断面的面积为8.4 m2；在架顶部分设计中，应确保回撤过程中支架顶部完整性，避免支架发生变形。因此，可将顶部锚杆支护结构宽度设计为4.5 m。

4.2 顶部锚杆参数

锚杆长度为：

式中：f为煤层普氏系数，取值0.2～0.7，在本次计算中，取其平均值0.45；B为通道跨度，取2.0 m；B1为顶锚杆外露长度，取40 mm。

代入上述公式计算得L=2.784 m，取2.8 m。

锚杆间距取600mm；水泥锚固剂规格为Φ32 mm×230 mm，每孔14节；锚杆排距取600 mm，如果煤体破碎，则可调整为500 mm；锚固长度取1 800 mm。

4.3 帮锚杆支护参数

在帮锚杆制作中，选用2×8 mm×30 mm双竹片，在工作面回撤通道锚杆支护施工时的结构形式如图3所示。

图3 工作面回撤通道支护示意图（mm）

锚杆长度为：

式中：H为巷道高度，取2.8 m；Lw为锚杆外露及富裕量，取0.15 m；Lm为锚固长度，取0.4 m。

代入上述公式计算得Lb=1.75 m，取1.9 m。

水泥锚固剂规格为Φ32 mm×230 mm，每孔3节；锚杆间排距取700 mm；锚固长度取400 mm。

4.4 金属网参数

在金属网制作中，选用10号铅丝，网目40 mm×40 mm，编织制作菱形网。

4.5 托板

铁制托板尺寸为100 mm×100 mm×8 mm，木制托板尺寸为500 mm×250 mm×50 mm。

5 回撤通道锚网支护施工方法及工艺

1）通道位置选择。根据工作面周期，压步距设定为22 m，停采线位置为末次来压之后推进12 m处，并确保掘进区域处于减压带范围内，便于施工和维护管理。

2）通道掘进方式。在回撤通道掘进过程中，如果采用炮掘施工方式，对煤体产生的振动较大，且施工速度慢，很难保证施工质量。对此，在该矿区回撤通道施工中，选用采煤机割煤施工方式，同时注意架前的空顶挂网、拉绳操作，并打设锚杆，通过运用支架推移设备逐渐推移前溜，以此进行掘进施工[3]。

3）施工方法。在距停采线10 m位置处，根据工作面倾斜方向拉钢丝绳，并铺设单层网，在支架回撤前，即可形成掩护带；当工作面推进5.5 m后，可将锚杆打入至顶板煤体中，为通道施工奠定基础。由于煤体破碎，并且位移速度比较快，因此，需及时完成铺网和锚杆打设，避免煤体冒落。

4）支护效果。在该回撤通道施工完成后，在施工现场设置观测点，根据计算分析，顶板平均总位移为72 mm，前三天位移量比较大，第四天开始逐渐稳定。支架回撤后，在锚网支护作用下，回撤通道依然处于全断面支护状态。

6 结语

鉴于综采工作面煤体破碎情况，对于支护施工的要求比较高，对此，应用锚网支护施工技术，并合理组织施工，通过后期在施工现场对顶板位移情况进行观测分析，发现顶板位移明显减小，且将支架回撤后，在锚网支护作用下，回撤通道依然处于全断面支护状态，保证了回撤通道稳定性和安全性。