鄧維元

(西山煤電集團(tuán)公司東曲礦)

山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司東曲礦，是一座年設(shè)計(jì)產(chǎn)量400萬 t 的現(xiàn)代化大型礦井，實(shí)行綜合機(jī)械化開采。隨著科技的進(jìn)步，礦井機(jī)械化程度不斷提高，為確保采掘正常接替，現(xiàn)代采煤方法條件對巷道圍巖的控制提出了更高的要求，特別是大斷面巷道的支護(hù)質(zhì)量。因此，選擇合理的支護(hù)方式變得越來越迫切。傳統(tǒng)的棚式支護(hù)已滿足不了采掘機(jī)械化程度提高后的支護(hù)要求。因此，東曲礦根據(jù)2#煤的地質(zhì)條件及綜采設(shè)備技術(shù)要求，在對2#煤的12606工作面開掘皮帶順槽時(shí)采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)大斷面一次成巷的施工方法，取得了良好的效果。

1 地質(zhì)概況

12606工作面煤層為上組2#煤，煤層厚度為0.9～1.3 m，平均厚度1.1 m；煤層傾角1°～5°，平均3°，結(jié)構(gòu)簡單，屬穩(wěn)定性煤層。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 錨網(wǎng)支護(hù)原理

目前，較成熟的錨桿支護(hù)理論主要分為三大類：一是基于錨桿的懸吊作用而提出的懸吊、減跨理論等；二是基于錨桿的擠壓、加固作用提出的組合梁理論、組合拱理論以及楔固理論等；三是綜合錨桿的各種作用而提出的松動圈支護(hù)理論、錨固體強(qiáng)度強(qiáng)化理論、錨注理論、整體錨固結(jié)構(gòu)理論等。根據(jù)12606工作面所處的地質(zhì)條件，頂板錨桿支護(hù)范圍為直接頂和老頂范圍，應(yīng)依據(jù)擠壓加固理論、懸吊理論和減跨理論，遵循使圍巖處于塑性穩(wěn)定狀態(tài)的支護(hù)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)；兩幫錨桿應(yīng)在巷道兩側(cè)形成堅(jiān)固的擠壓加固帶，依據(jù)擠壓加固和整體加固理論，遵循使圍巖處于松動穩(wěn)定狀態(tài)的支護(hù)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。

3 巷道斷面、錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)及材料的選擇

1) 巷道斷面。12606皮帶順槽斷面為矩形斷面，凈寬5.4 m，凈高2.5 m，凈斷面13.5 m2，皮帶順槽設(shè)計(jì)長度1 250.7 m。

2) 錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)及材料的選擇。工作面頂板采用左旋螺紋鋼錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。錨桿呈矩形布置，間排距850 mm×1 000 mm；鋼帶排距1 000 mm；錨索排距2 000 mm，錯(cuò)步打設(shè)；兩幫采用左旋螺紋鋼錨桿加木托盤支護(hù)，上面一排幫錨桿距頂300 mm，下面一排幫錨桿距底1 200 mm，間排距1 000 mm×1 000 mm。(支護(hù)斷面圖，見圖1)。其材料規(guī)格、型號如下：

錨索：d17.8×L4 500 mm；錨索孔深：4 300±50 mm。左旋螺紋鋼錨桿：d20×L2 400 mm(壓制鐵托盤)；頂錨桿孔深：2 350±50 mm。樹脂藥卷： MSK2360型 (頂錨桿1卷、錨索1卷且在上)。MSZ2380型 (錨索1卷；頂幫錨桿各1卷)。左旋螺紋鋼錨桿：d20×L1 800 mm； 幫錨桿孔深：1 750±50 mm。

鋼帶：d14×L5 250 mm。木托盤：400 mm×200 mm×50 mm。菱形金屬網(wǎng)：1 200 mm×5 400 mm。

圖1 12606皮帶順槽斷面支護(hù)示意圖

4 錨網(wǎng)支護(hù)施工工藝及要求

4.1 錨網(wǎng)支護(hù)施工工序

割煤→錨桿鉆機(jī)打眼→ 聯(lián)網(wǎng)→安裝鋼帶→安裝錨桿→用錨桿鉆機(jī)扭緊螺母→打錨索眼→安裝錨索。

4.2 施工質(zhì)量、安全技術(shù)要求

1) 頂錨桿支護(hù)質(zhì)量、安全技術(shù)措施。

a) 掘進(jìn)機(jī)割夠1 m后，必須進(jìn)行永久支護(hù)。永久支護(hù)前，掘進(jìn)機(jī)退離工作面至少5 m，放下截割臂并加蓋截割頭護(hù)罩，切斷機(jī)組電源進(jìn)行閉鎖，司機(jī)要嚴(yán)守操作臺，防止他人誤啟動掘進(jìn)機(jī)傷人。b) 永久支護(hù)前，首先進(jìn)行敲幫問頂，及時(shí)清除活矸、危巖，檢查處理滾幫額頭等隱患，并檢查工作面5 m內(nèi)的錨桿是否合格，發(fā)現(xiàn)不合格的錨桿要重新補(bǔ)打，確認(rèn)安全后，方可打眼。打眼前首先要按支護(hù)設(shè)計(jì)定好眼位，在鉆桿上作好標(biāo)記，保證眼深符合安裝要求。c) 鉆機(jī)操作，嚴(yán)格按相應(yīng)的錨桿鉆機(jī)操作規(guī)程進(jìn)行。d) 錨桿呈矩形布置，間排距允許誤差±100 mm，頂角錨桿與頂板夾角≥75°,中間的錨桿垂直于頂板布置，外露長度托盤下30～50 mm。e) 打眼時(shí)，一定要保證供水充足，轉(zhuǎn)速均勻，嚴(yán)禁干打眼。1人操作錨桿機(jī)，1人上鉆桿，錨桿機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)嚴(yán)禁用手抓鉆桿；打眼期間，要有專人負(fù)責(zé)控制風(fēng)、水管路閥門或液壓泵的電源，發(fā)現(xiàn)高壓膠管崩裂或鉆機(jī)氣腿或油缸不收時(shí)，要立即關(guān)閉閥門或切斷油泵電源，保證作業(yè)安全。f) 安裝錨桿前,由專人檢查錨桿眼孔的深度、位置、角度、方向是否符合設(shè)計(jì)要求。如有問題，必須重新打眼。g) 安裝錨桿時(shí),首先在錨桿機(jī)上端及錨桿尾部套上攪拌連接裝置，然后由1人扶梯子，1人用錨桿桿體將2卷藥卷送入眼底,錨桿下端與鉆機(jī)連接好后，將梯子撤離，全部人員退到錨桿鉆機(jī)操作人后方，最后開動錨桿機(jī)，隨轉(zhuǎn)隨推進(jìn)，將桿體迅速推到孔底，攪拌時(shí)間:10～25 s，等待時(shí)間：10～60 s。嚴(yán)禁在藥卷未送至孔底就開始攪拌。h) 攪拌結(jié)束后，將氣腿或油缸放下,錨桿的緊固必須使用力矩扳手使托盤及鋼帶貼緊巖面，錨桿的預(yù)緊力矩≥120 N·m，錨固力≥85 kN[1]。i) 嚴(yán)禁使用螺絲口損壞以及桿體彎曲的錨桿和變質(zhì)、破損的藥卷。j) 安裝錨桿時(shí)，頂角錨桿的托盤的吊裝眼必須緊靠煤幫一側(cè)，以利于管線的吊裝。k) 在打眼時(shí)，錨桿操作人員必須站在永久支護(hù)一側(cè)，嚴(yán)禁人員站在工作面?zhèn)炔僮鳌) 安裝錨桿前，首先將金屬網(wǎng)鋪上，然后再安裝，使錨桿托盤壓住金屬網(wǎng)。網(wǎng)片必須緊貼頂板巖面。m) 金屬網(wǎng)有效搭接長度不得小于100 mm，網(wǎng)片之間用雙股14#鍍鋅鐵絲每隔150 mm連接牢固，網(wǎng)扣至少擰3圈，并將剩余的鐵絲頭窩在網(wǎng)內(nèi)。

2) 錨索支護(hù)質(zhì)量、安全技術(shù)措施。

a) 錨索鉆孔采用續(xù)接鉆桿的方法進(jìn)行操作，注意事項(xiàng)同錨桿鉆孔。b) 安裝錨索時(shí)，由4人配合，1人操作鉆機(jī)，1人扶梯子，1人裝藥卷，1人送錨索，將2卷藥卷輕輕送入眼底，然后將鋼絞線尾部放入專用攪拌連接器內(nèi)，開動錨桿鉆機(jī)隨攪拌隨推進(jìn)至眼底，攪拌10～25 s后，停止攪拌，但繼續(xù)保持錨桿機(jī)的推力約10～60 s，方可放下氣腿或油缸。緊錨索鎖具用液壓千斤頂錨索機(jī)，預(yù)緊力不得低于100 kN，外露長度不得超過300 mm。c) 錨索安裝48 h后，如發(fā)現(xiàn)預(yù)緊力下降，必須及時(shí)補(bǔ)拉。d) 錨索的錨固力≥200 kN。張拉時(shí)發(fā)現(xiàn)錨固不合格的錨索，必須立即在其附近補(bǔ)打合格的錨索，或用張拉器將不合格的錨索拔出，然后用鉆機(jī)將原來的鉆孔清一遍，重新安裝錨索。

4.3 錨固質(zhì)量檢查及圍巖動態(tài)監(jiān)測

錨固質(zhì)量檢查的主要內(nèi)容有：錨桿預(yù)緊力檢查，錨固力的拉拔檢查、頂板離層動態(tài)監(jiān)測等。

1) 錨桿預(yù)緊力檢查工藝及數(shù)據(jù)分析。掘進(jìn)施工過程中，安排專人平均每天用力矩示值扳手對所施工巷道的已有支護(hù)進(jìn)行一次抽測，頂錨桿的預(yù)緊力矩≥120 N·m，錨索的錨固力≥200 kN，即為合格。如有失效必須及時(shí)恢復(fù)，如發(fā)現(xiàn)連續(xù)破斷錨桿3根及以上時(shí)，必須停止作業(yè)，撤出人員，進(jìn)行處理。

2) 錨固力的拉拔檢查工藝及數(shù)據(jù)分析。采用全錨支護(hù)的巷道，在施工中對所施工巷道的已有支護(hù)每隔50 m或300根錨桿進(jìn)行一組拉拔試驗(yàn)，遇斷層、陷落柱及淋水地段必須逐根拉拔，并做好記錄，如有不合格的必須及時(shí)補(bǔ)打。

3) 頂板離層動態(tài)監(jiān)測工藝及數(shù)據(jù)分析。頂板離層動態(tài)監(jiān)測是利用頂板離層指示儀對頂板不同層位的下沉量進(jìn)行監(jiān)測，以便隨時(shí)掌握頂板的穩(wěn)定狀態(tài)。巷道掘進(jìn)永久支護(hù)為全錨支護(hù)時(shí)，隨時(shí)觀察掌握礦壓變化情況，在巷道開口處、交叉點(diǎn)及每向前掘進(jìn)100 m，在巷道中心位置安裝一套頂板離層儀，并由技術(shù)員負(fù)責(zé)每周觀測一次，認(rèn)真做好記錄，每月將記錄結(jié)果交生產(chǎn)科分析、存檔。頂板離層儀安裝示意圖見圖2。

說明：鉆孔頂部點(diǎn)1與刻度尺1相連， 中部點(diǎn)2與刻度尺2相連，點(diǎn)3與鉆孔下端相連，點(diǎn)2相對點(diǎn)1間巖層分離時(shí)，其位移量由刻度尺2下端點(diǎn)相對刻度尺1上面的刻度變化數(shù)值確定；點(diǎn)3相對點(diǎn)2間巖層分離時(shí)，其位移量由點(diǎn)3相對刻度尺2上面的刻度變化數(shù)據(jù)值確定。兩刻度尺上面數(shù)據(jù)值變化之和即為點(diǎn)3相對點(diǎn)1之間的位移量。

圖2 頂板離層儀安裝示意圖

5 使用效果

東曲礦在2#煤層12606工作面得到應(yīng)用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)，與以往的鋼棚支護(hù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 實(shí)現(xiàn)了由棚式“ 被動”支護(hù)向錨網(wǎng)“ 主動” 支護(hù)的轉(zhuǎn)變。巷道安全可靠程度明顯提高，降低了巷道的變形破壞程度，減小了巷道的維護(hù)量[2]。

2) 掘進(jìn)輔助運(yùn)輸工作量顯著減輕，職工的勞動強(qiáng)度明顯降低。

3) 巷道斷面利用率高。

4) 鋼帶網(wǎng)組合錨桿主要是借助于鋼帶將單體錨桿聯(lián)系在一起，形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)，均衡頂板各部分的受力和變形，它能有效地阻止節(jié)理、裂隙的張開、錯(cuò)動及碎石的掉落，提高了頂板的完整性，鋼帶從不同的方向和部位幫助了錨桿懸吊、組合梁和楔固等作用的實(shí)現(xiàn)。

6 需注意的問題

錨桿網(wǎng)鋼帶聯(lián)合支護(hù)具有及時(shí)承載、預(yù)緊力大、支護(hù)效果好、勞動強(qiáng)度低、支護(hù)成本低、掘進(jìn)速度較高和回采工作面端頭維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。但采用該技術(shù)需要注意以下幾個(gè)問題：

1) 錨桿支護(hù)必須充分利用錨桿的預(yù)緊力，網(wǎng)及鋼帶必須緊貼巖壁，錨桿的鐵托盤必須緊貼網(wǎng)帶，螺絲必須上緊，如不上緊螺絲，錨桿無法起到加固梁和組合梁作用。

2) 根據(jù)巷道的特點(diǎn)，選擇合理的支護(hù)參數(shù)和支護(hù)形式，在支護(hù)參數(shù)上，可適當(dāng)增大或減小錨桿的間排距。

3) 頂板錨桿不宜全部垂直于頂板方向布置，而將靠巷道兩幫的頂板錨桿改成向幫有一個(gè)傾斜角的布置，使錨固端超過兩幫非有效承載寬度，從而使錨固端受到兩幫的有效支撐。

4) 金屬網(wǎng)有效搭接長度不得小于100 mm，網(wǎng)片之間用雙股14#鍍鋅鐵絲每隔150 mm連接牢固，網(wǎng)扣至少擰3圈，并將剩余的鐵絲頭窩在網(wǎng)內(nèi)。

7 結(jié) 語

錨網(wǎng)鋼帶聯(lián)合支護(hù)在東曲礦12606大斷面施工中的推廣應(yīng)用，證明了錨網(wǎng)鋼帶支護(hù)對提高大斷面巷道支護(hù)安全系數(shù)、減少巷道維修量、提高掘進(jìn)速度、提高巷道利用率、確保采掘平衡、實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效起到了非常重要的作用，同時(shí)為相同或類似地質(zhì)條件下的全煤巷道錨網(wǎng)支護(hù)提供了借鑒。

[1] 聶啟勝，賈俊明，王文兵.錨桿支護(hù)技術(shù)初探[J].煤，2005,14(1):46-48.

[2] 吉敦云.全煤巷道錨網(wǎng)支護(hù)在大陽煤礦的應(yīng)用[J].成果應(yīng)用，2007(5)：26-27.