錨網索鋼筋梯聯合支護在大斷面煤巷中的應用

王現偉，王軍輝

（河南大有能源股份有限公司 常村煤礦，河南 義馬472300）

1 基本情況

常村煤礦23區回風巷承擔23區的回風、運料任務，沿2－3煤頂板掘進，頂板穩定。煤層為侏羅系中統下段義馬組2－3煤，煤類為長焰煤，煤塵具有爆炸性，爆炸指數48.33%。煤層容易自燃，自然發火期15～30天。巷道走向為115°～130°，傾向SW，傾角8°～15°，一般10.5°。本巷道所在區段地質構造簡單。本巷道位于21采區三條下山東翼，上部為110大巷煤柱，下部為已采畢的2101工作面，東部為23采區。采深380m，所采煤厚14.1～16.9m，黑色，上半部以半亮型塊狀硬質煤為主，下半部為半暗型煤，含多層夾矸，結構復雜。直接頂為細砂巖、泥巖，厚1.0～8.0m，上部致密堅硬，不易垮落。

2 支護原理

針對23區回風巷地質狀況和周圍應力情況，在23區運煤巷采用大斷面錨網索鋼筋梯、鋼絲繩支護技術。

采用錨網（索）支護為核心、配以鋼筋梯、鋼絲繩為筋骨的主動支護方式，兼具了大斷面和主動支護的鮮明特點，能夠充分發揮錨網（索）的主動支護作用。先采用加長錨桿、錨索主動加固圍巖支護，形成一層有效的組合加固拱，充分發揮圍巖自身的承載能力；沿巷道輪廓方向布置5根鋼筋梯，沿巷道走向以拱頂為中心均勻向兩幫打設5根鋼絲繩，鋼筋梯與鋼絲繩呈 “十字”交叉型，形成密集支護，增大了巷道頂板強度，以達到主動與被動支護相結合，錨網（索）主動支護為主，鋼筋梯、鋼絲繩被動支護為輔，減緩了巷道變形；變端錨為全長錨固，提高了錨桿的錨固力，從而增強圍巖的自身承載能力，保持圍巖穩定性。錨網索鋼筋梯、鋼絲繩支護提高了巷道的整體支護強度，減少了無效利用斷面，延長了巷道使用周期。后期采取“松幫卸壓”等技術管理手段進行巷道維護，從而可以不斷完善支護體系，確保巷道的支護效果。

3 聯合支護設計

1）錨網（索）支護斷面采用斜墻半圓拱斷面，錨網規格：下寬6.6m，拱基線處凈寬6.0m，凈高4.6m（直墻高1.6m），錨網斷面24.2m2。

2）頂、幫全斷面鋪設菱形金屬網，拱頂打Φ22mm×2600mm鋼筋錨桿，間排距600mm×700mm，每根頂錨桿配2390樹脂藥卷一套（K2350一支，CK2340一支）；兩幫打Φ20mm×2500mm全螺紋鋼筋錨桿，間排距600mm×700mm，每根幫錨桿配Z3550樹脂藥卷一支。順巷道輪廓方向配鋼筋梯支護，鋼筋梯由5節組成，每節長2.5m，搭接長度為100mm，中間一根位于正頂部，其余4節分別位于兩幫均勻布置。順巷道走向按照錨桿間排距分別布置5根鋼絲繩，鋼絲繩每根長5m，確保頂板形成密集支護，拱頂加打Φ17.8mm×6000mm錨索，兩幫加打Φ17.8 mm×8000mm錨索加固，頂板每排5根，兩幫每排2根，錨索位置：先打頂板中間錨索，然后以中間錨索為準向兩邊打設，錨索間排距均為1500m×1400m，所有錨索要垂直巷道輪廓線打設，每根錨索配2390樹脂藥卷（1節CK2340，2節Z2350），每根錨索配二塊方形鋼板托盤，規格分別為：300mm×300mm×10mm和200mm×200mm×10mm，先上大托盤再上小托盤。

4 施工工藝及技術要求

4.1 施工工藝

（1）煤炭破、裝、運。23區運煤巷采用EBZ—160型煤巷掘進機掘進，掘進機破煤、裝煤、運煤，煤炭經掘進機到QZP－160型轉載皮帶，經23區運煤巷一部SSJ－1000／320S型伸縮帶式輸送機到21強力皮帶，為保證巷道成型完整，施工期間根據頂幫煤墻情況，必要時嚴禁用綜掘機割煤，采用炮掘、人工手鎬或風鎬剔進施工。

（2）截割方式。掘進機采用倒“S”形線路截割煤壁，首先由掘進機截割頭在巷道左下方掏槽，槽深0.6m，掏好后懸臂平移至巷道右側，然后懸臂上抬0.5m左右再向左截割，如此反復直至截割全斷面，最后刷幫壁完成全斷面。

（3）掘進工藝流程。割煤、出煤、運料同時進行→處理拱頂規格→敲幫問頂→打頂錨桿、錨頂網、打錨索→用掘進機出煤→處理兩幫規格→打幫錨桿、錨幫網及交接班。

（4）錨網支護。掘進機割煤、運煤完成后，必須先及時剔除頂、幫活矸活煤、鋪頂網，然后及時打頂錨桿（索）支護，頂板錨網后鋪兩幫金屬網，打兩幫錨桿、錨幫網。錨網作業順序和原則：先拱頂后兩幫、由外向里、自上而下、錨網作業人員禁止在空頂下作業，確保人員安全。

4.2 施工技術要求

巷道掘進時綜掘機要盡量保證巷道成型，為實施錨桿等主動支護創造有利條件；保證錨桿孔的傾斜角度和孔深，錨桿孔應與煤層主層面斜交，角度應在20°以上，切忌與煤層主層面平行；錨桿錨固力：頂錨桿7t，幫錨桿4t；錨桿托盤必須壓緊鋼筋梯，未接觸煤層面部分必須墊實。錨桿位置按規程要求精確定位，前后成行，上下成排，金屬網片鋪平伸展，鋼絲繩拉直漲緊，并用錨桿壓牢，保證整體質量良好。

5 支護效果分析

為全面獲得巷道穩定情況，檢驗設計是否合理，考察巷道支護效果，對巷道圍巖變形、錨桿錨固力等指標進行了動態監測。

5.1 巷道圍巖變形監測

（1）測點布設：在掘進機后每5m布設一個測站，每個測站布設3個測點：兩幫距底板100mm處各布置一個A點和B點，巷道頂板正中位置布設一個C點。每次觀測A、B之間的距離AB和C點到AB的垂直距離OC（見圖1）。

圖1 巷道圍巖變形監測測點布設示意

（2）監測結果分析：巷道圍巖變形監測統計見表1。由表1可知，巷道施工以后20天內兩幫和頂板至AB線最大移近量分別為140mm和62mm，巷道變形在20天以后基本穩定，變形量極小，且試驗段并未發生明顯的變形、裂縫、斷裂現象，也未出現斷錨桿和退索等異常情況，支護效果良好，實際效果見圖2。

圖2 巷道施工實際效果

表1 圍巖變形實測數據記錄

5.2 錨桿錨索錨固力監測

（1）錨固力測試不作破壞性試驗，當拉拔加載至設計錨固力的90%即可停止。

（2）試驗巷道每10m巷道抽查6根錨桿，其中頂錨桿和幫錨桿各3根。所有錨桿錨固力達到了設計要求。

6 經濟效益分析

錨網索鋼筋梯、鋼絲繩支護與錨網索架36U拱型支架復合支護相比，在巷道有效凈斷面相同的情況下，掘進斷面減小了8m2，提高了斷面利用率，并且不架拱型支架，勞動強度低，支護材料費用減少。根據支護成本核算，采用錨網索架36U拱型支架復合支護每米巷道成本約為11046元，而采用錨網索鋼筋梯、鋼絲繩支護每米巷道成本約為3876元，暫不考慮二次修護的成本，每米可節約7170元材料費，經濟效益十分可觀。