大傾角軟巖巷錨網索支護技術的應用

文/陳立良

大傾角軟巖巷錨網索支護技術的應用

文/陳立良

煤巷錨網索支護技術已在全國多數重點煤礦應用多年，且使用效果良好，但在南方地質條件較復雜的小型煤礦推廣應用難度大，極少采用。本文以湖南白山坪礦業公司所屬的磨田煤礦復雜煤層3261工作面-300m運道為研究試驗對象，根據其煤層地質和巖層條件應用錨網索支護技術，并進行了圍巖變形監測，為相似地質條件煤礦的頂板支護提供了設計依據。

一、巷道地質概況

磨田煤礦3261工作面煤層厚度、坡度變化較大，屬變化復雜煤層，且煤層大都為30°以上的大傾角，極易發生抽冒型垮頂，施工難度較大。工作面運道標高-300m，設計總長約為719m，對應地表標高為+110m~+ 175m之間，即工作面埋深為410~475m，平均垂深為443m。煤層坡度為0~90°，但坡度上限大都在52°以內，平均約31°，煤厚為0~2.85m，平均厚度1.81m，煤層容重為1.63t/m3。煤層硬度系數為0.5～3，地溫約22℃，無沖擊地壓危險，但偶有打“煤炮”動力現象，不易自燃，煤塵無爆炸危險性。煤層絕對瓦斯涌出量一般低于0.5m3/min，屬低瓦斯煤層。工作面水文地質簡單，僅有偶爾的少量頂板裂隙滲滴水，最大涌水量為1m3/h，最小涌水量為0.01m3/h。工作面瓦斯和水對支護基本無影響。

二、巷道錨網索支護技術研究

磨田煤礦3261工作面運道巷道設計斷面規格為凈斷面3500×2700，毛斷面3700×2800，巷道高是以中線為基準的，巷道底板為水平，兩幫為鉛垂直邊，巷道頂板依煤層坡度而變化，盡量保持頂板的完整性，這是復雜煤層巷錨網索支護設計和施工的關鍵，這也有利于工作面回采和巷道維護。

1.施工工藝

當煤層坡度大于45°、煤厚約為1.8m情形時，一般煤體易出現隨掘隨抽冒垮落的現象，或煤層松碎，發生“煤炮”沖擊垱頭。此時應采用單體液壓支柱配合DBF兀梁進行支護，緊靠垱頭面架好4個臨時棚。架棚時，棚頂、棚幫套好鋼絲網，用竹簾或荊笆等材料關棚嚴實，采用11號工字鋼前探梁輔助架設，并用竹簾荊笆關嚴垱頭。然后從垱頭向前超前注漿加固，每段注漿加固長約6~12m，向前掘2~8m，后方臨時支護相應邁步地向前移，循環注漿、循環進尺。注漿孔直徑約為φ42mm，孔長7~15m，注漿導管長2~3m，注漿初壓0.3~0.7MPa，終壓3MPa。施工注漿鉆孔出現垮孔現象時，應用風煤鉆交替快速鉆淺孔，交流注漿加固淺部煤層，再向深部鉆孔達設計值。注漿材料采用高水材料，水灰比為1.7。采用ZY650型鉆機鉆注漿孔、ZBQ-5/11注漿泵注漿，巷道后方管線吊掛整齊，注漿超前加固嚴格按措施施工。架臨時棚加固及超前注漿加固平、斷面圖分別見附圖1、2。

圖1 煤巷錨網索過破碎帶加固及架臨時棚平面網

2.錨網索支護設計

（1）頂錨桿采用φ20×2200mm左旋無縱筋螺紋鋼樹脂錨桿，頂錨桿間排距900×800mm，矩形布置。每個錨桿孔使用2支Z2350樹脂錨固劑或一支K2335和兩支Z2335樹脂錨固劑，經測算錨固長度在1000mm左右。

（2）幫錨桿采用φ18×1800mm左旋無縱筋螺紋鋼樹脂錨桿，幫錨桿間排距800×800mm。每個錨桿孔用一支K2335和一支Z2335樹脂錨固劑，錨固長度約700mm左右。研究結果表明，幫下角錨桿能有效控制巷道底臌，幫下角錨桿向下扎角15°左右。

（3）采用菱形金屬網貼壁護表，并盡量拉緊拉直，提高錨網支護系統的護表能力，防止片頂、片幫形成網兜或錨空。網間搭接100~200mm，不少于100mm，網后凹凸不平處，采用坑木充填嚴實，采用荊笆、竹簾等進一步關嚴、關牢受力。

（4）錨索作加強支護用，錨索型號為 φ17.8× 6300mm。頂板上方布置2排錨索，并在上幫煤層距底板以上約400mm布置1排。沿巷道軸向共布置3排，錨索間距為2400mm。頂板上2排錨索布在巷道中間，排距為1500mm，上幫側錨索與頂板兩排錨索平行，便于安裝鋼帶牽固。

（5）頂、幫錨桿孔必須分別用頂、幫錨桿鉆機鉆眼，鉆頭直徑φ27。幫部若用風鉆打眼，須采用φ32小鉆頭，并采用與之相配套的樹脂藥卷。鉆孔直徑和錨桿直徑之差為6~10mm，鉆孔直徑與樹脂錨固劑直徑之差為4~8mm。

（6）煤層上幫易片幫變形，需在煤層上幫側按梅花形布置一排縱向錨桿配縱向鋼梁作補強支護。

（7）錨桿托板采用厚度為10mm球形托盤，大小為120×120mm，材質為A3鋼加工并采用帶球形墊座的螺母，在球形托板上加工球形窩，以利錨桿適應任何角度的安裝。

（8）錨索托板為200×150×15mm槽鋼。縱向鋼絲繩采用φ18～φ24的廢舊鋼絲繩分節用繩卡固定連接。

圖2 A向巷道斷面及注漿孔布置圖

三、支護效果

為了檢驗錨網索支護方案實施后的支護效果，在巷道的頂板和兩幫分別布置觀測點，對圍巖變形量及錨桿、錨索受力進行監測。監測結果表明，磨田煤礦3261工作面采用錨網索支護后，隨著掘進工作面的不斷推進，測點的表面位移逐漸增大，當工作面推過觀測點80m左右時巷道表面位移達到最大值，然后趨于穩定，頂板下沉最大為350mm，最小為100mm，兩幫移近量最大達到500mm，最小為100mm，底臌基本在50mm左右，控制巷道變形達到預期效果，巷道可以正常使用。

四、結語

1.煤巷錨網索支護可充分發揮圍巖自身承載能力，有效控制圍巖變形與破壞，實踐表明，煤巷錨網支護效果好于架棚支護。

2.磨田煤礦3261工作面運道凈規格3.5×2.7m的錨網索支護相對于同等規格的金屬架棚巷道支護費用較低，且錨網支護的材料輕，搬運、運輸方便，支護操作勞動強度小，煤巷錨網支護抗壓力大，巷道變形量小，巷道維護量小，并可實行大斷面機械化作業，其經濟、社會效益明顯，值得大范圍在南方復雜煤層中推廣應用。

3.應用過程中，要特別注意根據不同頂、底板坡度，煤層厚度及時調整施工參數。對于松軟、易跨落煤層，必須先采用架邁步式臨時棚，然后在臨時棚下施工錨、網、索永久支護；對于很松軟、易抽芯及打“煤炮”帶煤層，則必須采用鉆孔超前注漿加固措施。

（作者單位：湖南黑金時代白山坪礦業有限公司）

（責任編輯：周瓊）