煤巷錨帶網支護工藝研究

趙宏志

摘 要：本項目屬采礦工程學科領域，其特點是針對淮北礦區煤巷錨桿支護存在原技術難題，在深入研究錨桿支護機理及掘進施工工藝的基礎上，建立了錨桿支護巷道質量保證體系，在許疃煤礦復雜地質條件下煤層巷道支護中取得了成功，并進行了推廣應用。

關鍵詞：煤巷；錨帶網；支護工藝

中圖分類號：TD35 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0116-02

Abstract： This project belongs to the mining engineering discipline domain， with its characteristic aimed at the original technical difficulty in the coal roadway bolt support in Huaibei mining area， on the basis of deeply studying the bolting support mechanism and the tunneling construction technology， the quality assurance system of the bolting support roadway is established. In the coal seam roadway support under the complex geological conditions of Xutuan Coal Mine， the project has been successful， and has been popularized and applied.

Keywords： coal roadway； bolting net； supporting technology

1 概況

許疃煤礦位于安徽省蒙城縣許疃鎮境內，是淮北礦業集團公司實施“大投入、大開發、大跨越”戰略、七年建成八對礦井中第一對建成投產的礦井，也是集團公司實施新井新機制的示范礦井，連續四年榮獲全國煤炭行業安全高效礦井稱號，并被評為全國文明煤礦。許疃煤礦井田面積61平方公里，地質儲量3.7億噸，煤質為低灰、特低硫、特低磷，煤種為國家稀有的肥煤。礦井是國家“九五”重點建設項目，1997年10月20日破土動工，2004年11月8日正式投產。到目前為止是淮北礦區生產能力最大、機械化程度最高的生產礦井。

通過多年的技術攻關，淮北礦業集團已初步形成了煤巷高強預應力錨桿支護技術體系，并進行了全面推廣，建立了安全保障體系，解決了典型的煤巷錨桿支護技術問題，大大減少了礦用工字鋼梯形棚支架和U型鋼拱形可縮性支架在煤巷支護的應用，煤巷錨桿支護技術大大推動了礦區安全高效礦井建設。但在現實生產過程中，過程控制不夠精細，施工工藝存在很大問題，未能在巷道的圍巖內形成完整的擠壓加固圈，大大降低了支護效果。圍巖條件較好地段支護的成功掩蓋了問題的實質。

主要存在以下問題：部分錨桿托盤不緊貼巖面、錨桿的螺母扭緊力矩小、錨桿錨固力低、錨桿安裝角度不合格等錨桿安裝質量問題。半煤巖巷道采用爆破作業時，爆破對煤幫破壞大，造成巷道（煤體部分）片幫嚴重，巷道成型差。由于煤幫松軟，安裝錨桿時錨桿孔周圍容易片幫，造成錨桿外露長、局部空幫、空肩窩等問題。由于現場施工工藝不合理，致使錨索梁的受力狀況差，其支護作用大打折扣。采用錨帶網支護時，菱形金屬網的連接形式是壓茬、用鐵絲連接。一方面，金屬網沒有張緊，只有當圍巖松散到一定程度，形成網兜時，金屬網才發揮作用。金屬網的護頂（幫）能力大打折扣。金屬網用強度很低的鐵絲以壓茬的形式連接，鐵絲被銹蝕后，一旦出現輕微的頂板壓力顯現，金屬網在接茬連接處會被撕裂，進而導致巷道出現漏頂、片幫，甚至冒頂現象，金屬網的作用完全喪失，于是擠壓加固圈從此處開始破壞，進一步發展將導致巷道支護失敗，給安全生產帶來隱患、增加巷道維護工作量。在巷道揭露斷層、煤層頂板破碎、地應力比較集中地段，常規的錨帶網支護不能滿足巷道支護強度的要求。許疃礦的地質及水文地質條件相當復雜，巷道的圍巖巖性、厚度、組合形式經常變化，施工中不能根據現場的地質及水文地質條件的變化及時調整支護參數，變更支護等級，從而影響巷道的支護效果。因而，對錨帶網支護工藝進行深入細致的研究很有必要。

2 主要成果

2.1 轉變觀念，提高思想認識

從2012年開始，煤炭行業逐漸進入“寒冬”，高成本的架棚支護不僅使掘進成本的巨大負擔，還嚴重制約綜采工作面的生產效率的發揮，礦井的輔助運輸工作量大，同時大量的U棚支護帶來了新的安全問題。煤巷錨桿支護體現出巨大優越性，通過嚴細管理能夠保證頂板安全。綜合近年來各種復雜困難條件下的支護理論研究成果及管理經驗。許疃煤礦解放思想、通過嚴細管理把錨桿支護推向新高度。

2.2 高度重視，措施得力

（1）建立了以礦長為組長的安全保障體系，各業務副職、專業副總、技術科長、地測科長、瓦斯辦主任、機電科長等職能部門負責人為成員的領導小組。制定了詳細的業務范圍及管理辦法，規范錨桿支護的過程控制及各環節的管理工作。（2）從支護設計、施工管理、監測監控等方面制定詳細的錨桿支護安全管理實施辦法，做到“兩個規范”，確保施工安全可靠。（3）從地質資料提交、支護設計、施工機具機支護材料管理、現場施工管理等方面嚴格考核問責。

2.3 個性化支護設計

許疃煤礦與高校合作，建立了完善的錨桿支護體系，針對不同煤層的實體巷道及沿空掘進巷正常地段的地質力學條件進行數值模擬，制定了支護參數。許疃煤礦依照支護體系為基礎類比類似巷道的支護效果對支護參數進行修訂。強調一個觀點：如果同一個支護參數滿足整條巷道的支護需要，那么支護強度偏高；如果同一個支護參數不能滿足巷道大部分地段的支護需要，那么支護強度偏低；只有同一個支護參數能滿足巷道大部分地段的支護需要，那么支護強度較為合理。支護強度是否合理，不僅要考慮掘進期間的頂板管理需要，更要有利于綜采工作面快速推進，減少兩巷管理工作量。許疃煤礦支護設計正堅持“一段一策”的原則，即針對同一巷道不同地段進行相應的支護設計。

2.4 實行支護效果的動態管控

實行采掘工作面支護周分析制度，每周由采煤副總對工作面前方100m地質條件及巷道支護情況進行研究，制定相應的管理舉措提交職能部門進行監管；由掘進副總對掘進工作面前方100m地質條件及巷道支護情況進行研究，制定相應的支護方案提交職能部門進行監管；職能科室動態管控支護效果，根據礦壓監測結果及時調整支護參數；施工單位有權在圍巖條件變差的情況下提高支護等級，然后匯報。

2.5 強化質量標準化創建

（1）堅持設計“一步到位”：在進行施工設計時注重細節，如各種設備的安裝、運行需要，軌道的曲率半徑，管、線、道的布置等。施工單位根據工程設計必須進行施工組織設計，減少“窩工”。（2）堅持施工“一步到位”：礦領導、職能科室到施工現場必須檢查施工單位是否按照設計施工，檢查施工單位區干部、班隊長是否明確設計要求及質量標準，發現問題及時處理。（3）堅持驗收“一步到位”：工程結束后，必須通過驗收，否則按照遺留工程量扣減工資；實行“誰驗收，誰負責”制度，凡出現不合格工程通過驗收的情況，在追究施工單位責任的同時對驗收人員進行問責。

2.6 沿空巷道

（1）合理確定護巷煤柱的尺寸。如7226風巷留設3m煤柱既符合上級文件規定又能滿足錨桿支護要求。（2）提高上區段平巷下幫的支護強度。如3239風巷上幫高度接近4m，采用單純錨桿支護無法滿足支護強度要求，采用桁架補強支護取得很好效果。（3）考慮采用注漿加固技術以提高煤體的強度。如7226風巷局部地段煤體松軟錨桿支護效果不理想，采用注漿補強后達到支護強度要求。（4）適當增加巷道斷面。（5）抓好礦壓觀測及反饋這一基礎性工作。針對沿空巷道礦壓觀測點加密，間距不超過40m；觀測頻率加密，每班觀測，每周分析。對于巷道變形嚴重錨桿支護效果不明顯的地段采用密集背幫點柱，沿空幫打走向錨索進行補強，必要時套架金屬支架進行補強。（6）加強頂板巖性探查。針對煤層組下分層開采每5m打一組頂板巖性探查孔進行分析，若頂板巖性能夠滿足錨桿支護要求的堅決不架棚。

2.7 施工中常見問題及對策

（1）發現斷錨桿（錨索），采用“斷一補二”法及時處理。（2）出現弱面、“草帽頂”、小裂隙，采用錨桿（索）局部補強。（3）巷道片幫，增加錨桿（索）。（4）巷道過破碎帶，采用超前金屬骨架控制圍巖，同時增加錨桿（索）的密度并進行注漿加固。（5）錨桿支護的失敗是從特殊地段開始的，超過百分之九十的煤巷錨桿支護巷道的頂板事故發生在斷層附近、淋水段、交岔點等地段。特殊地段錨桿支護的效果是錨桿支護成敗的關鍵。

2.8 裝備助推安全高效施工

傳統錨桿支護施工總有一段時間人員需要在沒有任何支護的頂板下作業，非常不利于安全管理。機載超前支架很好地解決了這個問題。在使用之初，阻力較大，反對者的理由是：裝備占用空間，不利截割作業；裝備支護面積小，不能保證頂板安全；裝備迎頭作業空間小，不利于平行作業；裝備結構復雜，可靠性差。在推行之初，礦領導、職能科室跟班協調解決相關問題，強制使用，規定：凡是不正常使用的一律進“三違”學習班學習。效果：自從全面采用機載超前支架以來，杜絕了頂板事故。許疃煤礦成立專門的課題研究小組，統籌協調設備改進、支護設計、施工工藝、質量標準、安全技術措施調整等工作，努力實現煤巷掘進質的飛躍。

3 技術創新內涵

（1）建立了錨桿（索）安裝質量控制體系。完善的錨桿安裝質量控制體系大大提高了錨桿支護的安全度，提高了質量標準化水平，優化了工作環境。該項研究的成功應用解決了煤巷錨桿支護的關鍵，為煤巷錨桿支護技術的大面積推廣提供了技術上的保障。（2）改進了金屬網的鋪設方案，提高了金屬網的利用率，節約了成本。（3）改變了礦壓監測的重迎頭、輕后路，重大班、輕小班，重結果、輕過程，重“教條”輕現實的觀念。（4）本研究從過程控制方面對特殊地段進行了大量的研究，解決了特殊地段錨桿支護的難題，拓寬了煤錨支護的應用范圍。

4 效果效益分析

許疃礦對煤巷錨帶網支護工藝進行研究，井下主要回采巷道基本是錨桿支護巷道，截止目前，未發生一起安全事故，為礦區建設高產高效礦井提供了可靠的支護技術保障。先進的錨帶網施工工藝使錨帶網支護體系更加可靠，大大拓寬了錨桿支護范圍。

該技術在淮北礦區南部礦井的成功應用和推廣，解決了困擾礦區支護的一類較為普遍的支護難題。

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