綜采工作面回撤通道中錨網支護的運用分析

摘 要：安全生產是煤礦開采的重要要求，在煤礦開采過程中，由于地質特性、大型機電開采設備使用等，都有可能造成圍巖變形、崩落等，不僅嚴重影響著煤礦開采區的地質情況，亦對安全生產產生一定的威脅。煤礦開采過程中的綜采工作面回撤通過支護問題不僅是限制煤礦安全生產的重要因素，亦影響著煤礦開采巷道的掘進以及工作面設備的回撤速度。該文就結合煤礦開采過程中的地質特征，對錨網支護在綜采工作面回撤通道中的應用進行探討，以期有效控制綜采工作面回撤通道圍巖的變形程度，并為確保煤礦安全生產提供相應參考。

關鍵詞：綜采工作面 回撤通道 錨網支護

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0115-02

在煤礦開采過程中，提高綜采工作面的回撤速度，是確保安全生產以及礦井產量和經濟效益的重要方式，而在綜采工作面回撤通道中的支護設計則直接關系到整個采煤工作面回撤的安全性。煤礦綜采工作面回撤通道一般要受到煤礦開采振動的劇烈影響，導致其承載著較大的支撐壓力，從而加劇了回撤通道的支護難度?；诖?，在煤礦開采過程中設計綜采工作面回撤通道支護方案時，應綜合考慮開采場地的實際地質條件，采取相應的支護方案，該文主要就錨網索聯合支護方案在開采現場回撤通道中的應用進行探討。

1 綜采工作面回撤通道中錨網支護基礎原理

錨網支護技術在綜采工作面回撤通道中應用的基礎原理主要來源于煤礦綜采工作面上覆巖層結構學中的相關理論，也即“壓力假說”：在煤礦綜采掘進的過程中，綜采工作面上方會留有一定的空間，由于巖石的自然平衡能力會在上方形成“壓力拱”，其主要存在兩個支撐點，其中一個在綜采工作面前方的煤體上面，另外一個則在煤炭采空區域崩落的矸石上面。基于此，在綜采工作面回撤通道斷面范圍內的上方頂板上形成“壓力拱”，該“拱”的分為前后兩個拱腳，其中前拱腳抵至煤壁處，而后拱腳抵至通道側，成為連接工作面支架與煤炭采空區域的有效支撐體，確保綜采工作面回撤通道兩側的預應力均衡，以保障煤礦開采掘進的安全施工，并為快速回撤留下足夠的空間以及應力支持，防止發生坍塌事故等。

2 綜采工作面回撤通道中錨網支護參數選擇

在綜采工作面回撤通道錨網支護設計的過程中，科學合理的參數選擇是確保良好支護效果的關鍵，具體表現在以下三方面。

2.1 錨桿參數的選擇

在確保錨網支護體系中的錨桿參數時，一般根據錨桿支護理論中的“懸吊理論”進行計算，具體步驟如下。

2.1.1 計算錨桿長度

錨桿長度計算式確保錨桿參數的第一步，主要依據的公式為：

在該公式中，L代表此次計算的對象，也即為錨桿長度；K代表綜采工作面回撤通道的安全要求，一般表現為安全系數，在大多數情況下取數值2；L1用來表示錨桿錨入穩定巖層的厚度，與其相對，L2則用來表示錨桿在外面的裸露長度；H主要用來表示兩個方面的數值：一是軟巖層的厚度，二是冒落拱的高度。在對H進行計算時，要按照以下公式進行：

其中，B用來表示巷道的挖掘寬度；f用來表示所錨入巖石的堅固系數。

2.1.2 錨桿間距的選擇

在綜采工作面回撤通道錨網支護體系設計的過程中，由于預應力的存在，單根錨桿周圍會形成相應的壓應力分布區域，具體體現為：錨桿的尾部為壓應力的集中分布區域；緊接著是錨固起始區；再次是錨桿中部，該部區域的壓應力分布明顯較之前兩者要小的多；最后使錨桿端部，該區域的壓應力幾乎接近零應力狀態，并伴隨較小的拉應力，錨桿的壓應力分布由以上四部分構成，形成錐形壓應力區域。在應用錨網支護體系的過程中，由于彼此錨桿之間的間距較大，致使各錨桿的壓應力區域處于相對獨立的狀態。這也就意味著，過大的錨桿間距致使各錨桿在發揮支撐效果時，并沒有形成獨立的有機整體，從而限制了錨網整體支護體系支撐效果的發揮。

因此，在確定錨桿間距時，要一點點縮小錨桿彼此之間的間距，直至各自錨桿形成的錐形壓應力區域西相互重疊，連為一體，以便于形成錨網支護體系的整體支護結構，以提高錨桿的預應力，更好地發揮支撐效果。

2.1.3 錨桿排距的選擇

通過合理的錨桿間距參數選擇，在選擇錨桿排距時，可以適當增加，要按照以下公式進行計算：

在該式中，Q用來代表錨桿設計的錨固力；r用來用來表示懸吊巖石的重力密度；K、H表示為上述公式所示；a表示錨桿排距。

3 綜采工作面回撤通道中錨網支護體系施工技術

3.1 調整綜采工作面

在對綜合工作面回撤通道中的支護體系進行施工的過程中，當綜采工作面推進至停采線距離符合回撤通道設計寬度時，要對綜采工作面的上下口、坡度等方面參數進行調整，以做到上下垂直以及坡度的統一，以免出現臺階，破壞整體工程的施工效果。在對綜采工作面跨度進行設計的過程中，要考慮到采煤機的循環截深，一般取其整數倍。

3.2 控制頂板

在煤礦開采過程中，對回撤通道進行完全施工之后，其整體寬度相對較大，也就導致通道上方空間的頂板承載著更大的壓力。因此，為確保綜采工作面回撤通道的安全性，在進行錨網支護的過程中，首先要采取相應措施控制頂板，以防止圍巖變形，引起煤巖體離層，從而導致頂板大面積脫落，增加回撤困難，影響回撤速度，不利于煤礦生產的安全性。為對頂板起到良好的控制作用，增強支撐體的有效性，可以采取以下兩方面措施。

3.2.1 鋪設金屬網

金屬網對于頂板支撐設計具有較好的輔助作用。因此，在綜采工作面回撤通道支護體系設計過程中，當回采工作面推進至距工作面停采線一定距離時，一般為15～20m左右，此時要在綜采工作面上方空間的頂板處鋪設相應的單金屬網；至13m左右時，要鋪設相應的雙層金屬網，鋪設工作要一直延續到回撤通道全部施工完畢之后。

3.2.2 在綜采工作面的煤炭采空區鋪設鋼絲繩

鋼絲繩的鋪設亦是為了對頂板的支撐體系起到相應的輔助作用，主要分為以下兩步：一是在對綜采工作面進行鋪網的過程中，要以工作面傾斜方向為基準布置一條鋼絲繩，在鋼絲繩的布置過程中，要用一定數量繩卡將其與機巷鋼帶進行固定；二是當綜采工作面推進至距停采線距離為6m左右時，要再次以工作面傾斜方向為基準布置相應的鋼絲繩，以此類推，每個工作面循環都有布置同樣的鋼絲繩，其中鋼絲繩的一端固定在支架的頂梁上。在綜采工作面推進過程鋪設鋼絲繩時，要確保此過程中支架頂梁上的鋼絲繩數量在5道以上，尾梁上的鋼絲繩在2道以上，以起到良好的支護輔助作用，確保綜采工作面回撤通道上方頂板的安全性。

3.3 綜采工作面回撤通道中錨網支護施工過程

采煤機在割煤過程中，以一定的割煤距離為基準，待達到該距離標準時，就停下作業，開始掛網以及敷設鋼筋托梁，并在頂部將選擇好的錨桿以及錨索錨入；等錨網以及錨桿、錨索施工完畢周后，要進行拉架施工，在該過程中，要在每付支架上面墊上一定數量的枕木，一般為2～3根，以避免支架在升緊過程中損壞錨桿或者是錨索；待以上兩步進行完畢后，再繼續使用采煤機進行割煤，如此循環施工。

當采煤機在距離停采線2m處進行割煤時，要鋪設相應的支架運輸通道，停止支架的前移施工，改用單體支柱將前部輸送機緩慢、勻速的推進至煤壁處，然后在繼續進行割煤。在此過程中，單根支柱的布置方位以及密度要均勻準確，而此時的相關作業人員要撤離至單體支柱布置范圍5m以外的地點，進行遠距離操作。

當綜采工作面推行至終采位置時，此時要將采煤機的上行停置在綜采工作面的上口處，并對茬面煤壁進行掛網以及錨桿打注施工。在此過程中，要在每副支架前的探梁以及煤壁之間使用單體柱來配合長鋼梁的打注，以起到較好的幫柱支護作用。

在施工過程中，要注意的有：一是要確保錨桿孔的垂直度；二是在放置錨固劑卷時，要嚴格按照順利，嚴禁雜亂無章，隨意放置；三是在攪拌以及等待的過程中，要確保充足的時間，切勿急躁隨意縮短時間，影響錨桿的安裝質量；四是在進行單體柱的打設過程中，要采用鐵絲對其進行綁緊，以免在施工過程中出現倒柱現象，而威脅到施工人員安全以及影響到施工進度的順利進行。

4 綜采工作面回撤通道中錨網支護效果評價

在錨桿支護基礎理論的基礎之上，對要開采的礦井地質進行綜合分析，在綜采工作面回撤通道中可以建立起相應的錨網支護體系，用于確保煤礦生產的安全性，并具有較好的效果，具體表現如下。

4.1 對回撤通道圍巖的穩定性控制

在綜合工作面回撤通道中，采用錨網支護體系對于回撤通道圍巖的穩定性控制明顯的穩定性效果，主要體現在以下兩個方面。

在綜采工作面回撤通道中運用錨網支護時，要在煤幫附近安裝相應的錨桿，并使其上部錨固直接錨入頂層巖石中，在此過程中，錨桿在很大程度上提高了組合梁以及煤幫的抗剪強度，不僅提高了頂板支撐的效用性，亦大大提升了組合梁的支護強度。而在煤礦開采過程中，由于受到劇烈的振動影響所形成的破裂狀或者是切割狀巖體結構，在頂板的錨桿支護作用下，則有效避免了頂板上層圍巖的松動、變形等，提高了巖體結構面的抗剪強度，對于保障回撤通道圍巖支護的穩定性發揮了關鍵性作用，從而確保了煤礦生產的安全性，既有利于煤礦生產進度的順利進行，亦有利于保障工作人員的安全性，大大降低了煤礦開采過程中的危險系數以及安全事故的發生幾率。

在錨桿支護體系的作用力下，綜采工作面回撤通道中的組合巖梁以及圍巖形成相互作用力，主要體現為：一是處于錨桿支護體系下的圍巖會對組合巖梁起到一個反作用力的作用；二是此時的組合巖梁在錨桿支護體系的作用力下，對綜采工作面回撤通道上方空間的上覆巖層起到相應的支撐作用，在一定程度上分擔了其所承受的預應力。

在綜采工作面推進的過程中，由于受到振動力的影響，回撤通道的頂板會發生裂縫現象，而此時錨桿間的巖塊由于受到預緊力的作用，亦會發生跨落現象。這樣一來，不僅會使錨桿失去相應的支護作用，亦會破壞整體組合梁的作用。針對該現象，在錨桿鋪設過程中與金屬網支護配套使用，則有效地保障了組合梁的整體性，并使整個錨桿形成完整的統一整體，不僅大大提高了錨網的支護強度，亦增加了錨網的支護效果，為綜采工作面的回撤通道提供了良好的安全回撤條件，提高了回撤速度。

4.2 對回撤通道圍巖的變形控制

在綜采工作面回撤通道錨網支護設計的過程中，為在很大程度上減緩圍巖的變形，可以將錨桿與錨索結合在一起，從而將圍巖的下層軟弱巖層以及深部基巖錨固在一起，產生相應的懸吊作用，以通過錨索提供的預緊力來盡可能地減緩頂板圍巖的變形。此外，在錨桿與錨索的共同作用下，此時的組合梁也得到了進一步加強，并進而對基本頂的下沉、松動等方面破壞現象起到良好的阻礙作用。同時，在錨索以及錨桿相互作用力的疊加下，不僅使得巖梁的厚度以及層間的強度大幅度增加，亦使得其剛度成倍增加，促使頂板圍巖的壓力持續不斷地向煤體深層轉移，從而有效控制了回撤通道頂板圍巖的變形，提高了綜采工作面回撤通道采煤作業的安全性以及效率性。

4.3 對煤礦開采企業經濟效益的提高

與傳統的綜采工作面回撤通道錨網支護方式相比，錨網支護體系具有更加明顯的優勢，如通道維護狀況好等方面優勢，對于企業經濟效益提高具有重要的作用，主要體現在以下方面。

4.3.1 節約成本

煤礦開采企業作為獨立經營、自負盈虧的經營主體，其最終的經營目標在于獲取最大經濟效益，而最大經濟效益的獲得主要來自于兩個方面：一是對企業生產成本的節約；二是提升企業產品的利潤空間。在煤礦開采過程中，對綜采工作面回撤通道進行錨網支護設計時，與傳統支護方式相比，不僅大大降低了直接材料費用，亦大大降低了通道維護費用，從而使得整體施工成本較低，對于實現企業經濟效益最大化具有重要的作用。

4.3.2 提高產量

在綜采工作面回撤通道中使用錨網支護，其工序比較簡單，不僅在很大程度上縮短了工期，亦大大提高了施工效率，從而提高了煤炭開采產量，增加了企業利潤空間，對于企業創收具有重要的作用。

4.3.3 防火費用降低

在綜采工作面回撤通道中使用錨網支護技術，不僅縮短了整個回撤工期，為防火工作的順利進行贏得了足夠時間，有利于防火工作的有序進行，更大大降低了防火成本，創造了相當可觀的經濟效益。

5 結語

綜上所述，安全生產是煤礦開采的重要要求，而在綜采工作面回撤通道中應用錨網支護不僅可以大大提高煤礦生產的安全性，亦可以提高煤礦開采的效率。因此，在煤礦開采過程中要重視錨網支護體系在綜采工作面回撤通道中的應用，以在提高回撤通道頂板巖層穩定性以及回撤速度的同時，確保綜采工作面回撤的安全性以及開采的效率，從而推動煤礦開采業的可持續發展。

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