复合顶板锚网索支护工艺研究

2022-03-08王建国

山西化工 2022年1期

王建国

（汾西矿业集团调度指挥部，山西介休 032000）

在煤矿开采工作过程中做好煤矿巷道支护工作非常关键，现阶段在我国各大煤矿综采工作面开发工作当中，由于受到开采工作深度以及地质条件等多方面因素的影响，造成整个煤矿巷道开采工作的稳定性有所不足[1]。如果采取复合顶板锚网索支护施工方法，所表现出的支护效果非常明显。锚网索支护工作主要指的是将锚索、锚杆塑料网等相关设施进行联合使用，有效起到良好的支护工作效果，可以对煤矿巷道顶板形成良好的支撑性作用，保证煤矿巷道开采工作的安全性和稳定性。相关煤矿开采工的单位必须要对该项支护工艺技术进行全面把控，有效做好每一个支护工作环节的质量控制工作，全面提高煤矿巷道顶板结构的安全性和稳定性。

1 复合顶板锚网索支护工作方案

有效结合我国某地区一处煤矿开采工作面巷道断面支护工作展开分析和研究，本次煤矿巷道设计断面结构为矩形断面结构，使用率相对较高，巷道掘进宽度为3 500 mm，掘进高度为2 850 mm，支护技术参数如下：

第一，为了有效提高岩土结构的安全性和支撑性，通过使用高强度预应力锚杆结构来进行支撑，顶部锚杆间距大小设定为805 mm×755 mm，帮部锚杆间距大小设定为745 mm×755 mm，锚杆材料使用尺寸25 mm×2 245 mm，锚杆丝口使用滚丝机进行加工。

第二，护表结构采用的是钢塑网材料，为了全面提高整个锚网支护系统的结构稳定性，防止钢片片顶位置形成网兜或者是锚孔情况，需要保证高速网充分拉紧，钢丝网的网点需要进行充分焊接，保证形成一个完整的整体[1]。

第三，为了全面提高锚网基础支护工作能力，可以通过使用锚索进行支护，锚索支护结构和锚网支护结构之间可以形成共同作用，可以全面提高组合拱或者组合梁结构的整体性以及抗弯折效果，以此来提高浅埋部分围岩结构的安全性和稳定性。本次煤矿巷道支护工作过程中，锚索材料型号为15.24 mm×5 000 mm，锚索间排距大小使用的是945 mm×1 450 mm，每一个锚杆孔使用3 个Z2350 和K2335型树脂锚固剂材料锚固长度为1 500 mm。

2 复合顶板锚网索支护工艺流程

锚网索支护施工过程中，具体可以分为临时支护结构、锚网支护结构，具体如下：

第一，在掘进工作过程中，为了有效保证成型质量，需要严格依照煤矿巷道断面设计要求来进行处理，需要有效检查周围岩石结构是否存在明显的松动，避免在后续工作过程中出现岩石脱落产生意外安全事故。

第二，临时支护结构，在成巷之后需要立即使用单体液压支柱结构，对钢筋托梁进行支撑，同时有效配合钢筋网片进行临时性加固处理，钢筋脱梁结构部分需要紧贴合顶板部位。

第三，锚网支护结构顶锚杆支护结构，必须要严格依照项目工程施工要求对锚杆进行安装，锚杆使用的是高强度树脂锚杆，孔洞深度为2 350 mm 左右，需要充分保证钻孔深度和角度大小。在掘进工作过程中锚杆需要及时进行支护，保证最大空顶间距不能超过1 m。通过使用锚杆钻机设备进行钻孔工作，保证中途不能产生中断情况，预紧力距不能小于120 nm，锚杆之间的排距误差量不能超过标准设计值。帮锚杆支护和顶部锚索支护工作，必须要严格依照项目工程设计方案来加以开展，在进行帮锚杆安装之前，需要先进行顶部锚索施工，然后再使用帮锚杆进行转点工作，锚杆孔洞深度为2 250 mm，要保证钻孔的角度符合预先设定的工作要求[2]。

3 复合顶板锚网索支护施工难点和处理策略

3.1 确定合理层位

因为锚网索支护巷道结构使用的是规格超过矿井煤层的厚度，因此必须要有效确认锚索巷道的合理层位置，通过使用根底部掘进施工方法来进行处理。在实际施工过程中存在的主要问题表现为以下几个方面：第一，巷道顶部直接使用软弱复合顶板材质，如果出现顶板破坏问题则需要对其进行重新更换，对超前支护工作的管理造成较大的难度。第二，因为巷道两帮的高度较大、稳定性能相对较差，巷道的成型工作相对比较困难。第三，被破碎之后的煤矸石会造成煤炭的夹矸过大，会影响到煤炭开采工作质量[3]。

在巷道掘进工作过程中尽管不会破坏到复合顶板，但是也会产生一些其他方面问题。比如，复合顶板从开始切割到永久性支护工作没有彻底完成之前，很容易会出现局部冒落产生危险作业问题。第二，如果复合顶板的施工厚度和锚杆的施工程度保持相同，并且顶板在破坏之后很容易在锚固区域外部形成隔离层，此时需要进一步加大锚杆的支护工作强度，保证支护结构的稳定性。第三，在现有的工作条件下，煤矿巷道掘进机设备因为破底工作速率相对偏低，同时还会直接影响到掘进机设备的正常使用，复合顶板层间的粘接能力相对较低。主要是因为层板间的结构内部，含有大量的软弱夹层和煤炭残留，或者都是以软弱岩层结构为主，因此很容易出现冒顶问题。

因为矿井巷道的软弱岩层结构顶板位置煤层很容易出现脱离情况，并且矿井复合顶板的厚度相对较大，由于锚杆的长度不足无法将其充分固定在上部结构层当中，因此会造成开掘巷道之后巷道结构的稳定性大大下降。因此，可以通过使用锚索进行进一步加强支护工作，充分发挥出锚网索的支护作用和效果，提高整个巷道结构的稳定性。根据复合顶板锚网索的支护工作原理进行分析，要想充分保证复合顶板结构的安全性和完整性，需要有效考虑到煤层顶板结构的稳定性，因此需要通过使用跟进式掘进方法来进行操作，如图1。

图1 锚杆设计方式

3.2 锚杆、锚索失效破坏问题的解决措施

由于锚索和全螺纹杆的延伸程度有所差异，很有可能会造成绳头部分在锚杆施工结束之后，加强锚索支护施工过程中会出现局部锚杆受到强烈挤压，造成整个托盘产生松动情况，进而失去预紧力作用，造成锚杆的支护施工效果下降，使得锚索成为主要的支护受力部分，最终会造成锚索的破坏。因此，在现场顶板锚索支护施工过程中，需要对顶板结构的水平程度进行判断和分析，对顶板位置存在平整度不足、方向倾斜问题进行处理，而锚索在安装过程中，大多数是以垂直方向为主，因此锚索的实际安装工作方向，和锚索的脱梁安装工作方向保持相同，避免出现锚索的竖立被分解，造成锚索由于强大剪切力作用而产生破坏，有效提高煤矿巷道的支护工作效果和稳定性[4]。

3.3 锚固预紧力不足问题的解决措施

在“三径匹配”当中，药卷使用的是K2335 型锚索，钢绞线使用的是28 mm 钻头和钻杆，钻孔匹配会形成钻孔孔径过大，会造成药卷和孔壁时间的连接能力下降，锚固力和预紧力无法满足煤矿巷道支护工的要求。在安装钢绞线工作过程中，不能使用破股旋进方法来进行操作，因为在大扭矩的搅拌器旋转过程中，会造成树脂药卷搅拌程度不足、均匀性下降，会造成锚固力大大下降，如果使用右旋锚索钢绞线和钻机旋转相同的工作方式，尽管药卷材料可以得到充分的搅拌，但是会出现比较明显的破股情况，进而造成整个加固强度下降。如果“三径匹配”工作不合理会造成锚固剂和锚杆支撑体结构，与周围的围岩结构之间的连接强度下降，造成锚固能力下降。因此，必须要选择出合适的钻头对其进行处理，以此来有效满足锚王锁加固支护处理工的效果。在实践工作过程中，通过使用Φ27 mm 的钻头进行施工效果比较明显，同时还可以选用左旋式锚索材料，根据钻机的实际旋转工作方向，有效配合锚索钢绞线的拉应力作用可以起到良好的加固效果。在安装工作当中可以实现在锚索的两端位置进行铁环焊接，通过这种焊接方法铁环的直径会超过锚索的直径，可以达到充分的搅拌工作效果，在煤矿巷道加固工作中表现出的优势非常明显。