盘县老沙田煤矿急倾斜、厚煤层、大断面采用锚（索）网支护的应用

余照其 吴位明

身份证： 52020219910207 **** 身份证： 52020219631127 ****

摘 要 ：根据老沙田煤矿急倾斜煤层赋存条件，提出试用锚网索支护。同时结合现代锚网索支护技术理论，并对巷道收敛变形、顶板离层等支护效果情况及锚杆（索）锚固力进行了 长期的监测。 试用监测结果表明在急倾斜煤层赋存条件下，采用 锚网索支护是可行的，同时节约了 巷道投资成本，提高了经济效益。

关键词 ：急倾斜煤层；锚网索；支护效果；锚固力；经济效益

一、掘进工作面概况

老沙田煤矿为9万吨/年改45万吨/年的技改建设矿井，本工作面煤层为M₁，1105回风巷掘进工作面，该工作面位于一采区东冀。1105回风巷工作面的开口点标高+1550m，运输顺槽开口点标高+1485m，工作面斜长78m（伪斜120m）。M₁煤层布置1105回采工作面，支护断面净高为2.9m、净宽为4m，净断面为11m²，工作面走向长338m 。采用锚（索）网支护在急倾斜厚煤层中的应用，通过急倾斜煤（岩）层的力学分析和本矿现场实际岩性综合研究，同时对支护材料抗拉试验，采取理论与实践相结合，确定了支护参数。由原U型钢被动支护转变为锚（索）网主动联合支护，解决了U型棚回收困难和瓦斯治理难的问题，同时，顶帮锚梁采面回采时还可以回收循环利用，大大降低了煤巷掘进成本。

二、地质特征及相邻工作面相对位置

煤层厚度稳定，变化不大。为全区主要可采煤层，煤厚最大9.18m，最小2.84m，正常一般在4.8m左右，倾角为45⁰至55⁰，平均50⁰，局部最大倾角达75⁰，煤以粉粒为主，有少量碎块，含眼球状、网格状方解石薄膜及黄铁矿结核。煤种主要为气煤，煤层顶板为深灰色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹薄层菱铁矿。底板为泥岩、泥质粉砂岩。本工作面与1103采面运输巷高差为10m，与该巷道净煤柱只有5m。

三、支护参数设计

根据M₁煤层顶底的岩性，尽量使支护参数与支护材料相匹配的原则，根据急倾斜厚煤层的承压力学特性，对锚杆（索）长度、直径、间距和排距进行了优化选择。

1、锚杆长度和规格的确定：

M₁煤层顶板比较稳定，根据岩石松动圈分类，顶板松动深度L_p≤1.0m，从悬吊理论支护机理，锚杆锚固端超过1.0m，进入关键承载圈，将不稳定岩层悬吊于稳定的岩层中，从而使掘进巷道的顶板得以稳定。由此可知：

L_杆=L_p+L_e+L_w=2.0m

式中：L_杆为锚杆总长度（m）；L_p为顶板松动深度（1.0m）；L_e为进入关键承载圈的深度（0.9m）；L_w为锚杆外露长度（0.1m）；端头锚固长度为0.5m。因此，锚杆长度确定为2.0m。直径为16mm的全螺纹锚杆。

2、锚梁锚索长度、规格和锚梁的确定：

以顶梁锚索靠上帮离顶板最远一根和上帮梁锚索靠上离底板最远一根进行确定；

（1）顶板：L_索=L_p+L_e+L_w+ L_h=6.0m

式中：L_索为锚索总长度（m）；L_p为顶板松动深度（1.0m）；L_e为进入关键承载圈的深度（1.3m）；L_w为锚索外露长度（0.3m）；为锚索在煤体中的长度（3.4）m，端头锚固长度为1.0m。因此，锚索长度确定为6.0m。直径为15.24mm的钢绞线。顶板锚梁打设3根锚索。锚梁为长2.4m的11^#工字钢进行钻眼。孔径600mm。

（2）底板：L_索=L_p+L_e+L_w+ L_h=6.0m

式中：L_索为锚索总长度（m）；L_p为底板松动深度（1.0m）；L_e为进入关键承载圈的深度（1.9m）；L_w为锚索外露长度（0.3m）；为锚索在煤体中的长度（2.8）m，端头锚固长度为1.0m。因此，锚索长度确定为6.0m。直径为15.24mm的钢绞线。底板（上帮）锚梁打设2根锚索。锚梁为长2.4m的11^#工字钢进行钻眼。孔径600mm。

3、锚网选择：

因急倾斜煤层易漏碴片帮为上帮，下帮沿顶板掘进不易漏碴空帮，因此下帮选择钢筋网，网孔为100×100mm。顶板和上帮选择8#铁丝网与钢筋网双层，钢筋网网孔为100×100mm，铁丝网网孔为10×10mm，以控制上帮煤体不片帮、漏煤。

4、锚杆间排距和锚梁间排距选择：

从顶底板岩石力学分析、急倾斜岩层承载特点、顶底板的整体稳定性、锚杆（索）之间的相互影响和现场顶底板实际情况。锚杆间排距取700mm，锚索梁排距2000mm。

5、锚固材料的确定：

根据井巷工程质量对锚固力的规定可知，锚固药卷为快速和中速的CK2335配用。采用端头锚固，凝固时间分别为8—15秒和15—30秒。锚杆锚固长度的0.5m，锚索锚固长度为1.0m。施工中采用MLJ-10型拉力计，对锚杆和锚索进行拉力试验。其锚固力均大于60KN。

四、施工要求

1、爆破参数与巷道成形要求：

巷道掘进出后裸露的帮顶煤岩硬度和松散程度是确定巷道支护参数的主要因素，而爆破参数的选择直接影响到的硬度和松散程度，因此，减少因爆破对帮顶围岩松动深度，加大关键承载圈的厚度是十分必要的。在施工采用爆破后修边的办法，顶眼必须保距巷道顶板500mm，上帮眼距巷道上帮650mm，炮后先修顶，打锚杆挂网后接着打锚索上锚梁，清除部分煤炭后，并修两帮达设计断面，接着挂网打锚杆支护两帮，进入下一循环。这样即加强了所掘巷道的稳定性，又提高了巷的成形度。

2、取得主动支护的先机，支护要及时：

放炮后的巷道围岩应力发生了变化，应力在传递过程中，会造成巷道局部煤岩发生片帮，及时支护是有效控制应力传递、围岩松动半径变小和减少顶底板因应力发生变造成的顶底板遭破坏的有效办法。保证巷道围绕岩的稳定性。锚网必须紧贴煤（岩）面，控制围煤岩碎屑发生位移或漏出。锚（索）支护角度必须符合设计断面要求，确保顶底板各个方向的受力均衡和平衡。起到组合作用，控制顶板发生位移，增强顶板岩石的抗剪能力，锚杆打设安装时，必须使用快速锚固剂（8—15秒凝固），必须使网片具有护表的功能。

3、加强支护动态观察：

严格巷道锚（索）网的支护质量检查，工程监督时必须重在施工细节，巷道锚（索）网的支护质量优劣，都存在一些隐蔽性，工程施工后，后巷必须安设顶板离层仪进行观测，每旬必须对每一段进行观测和记录在案，位移量较大（≥150mm）时，必须及时变更支护参数。老沙田矿1105采面回风巷已施工100多米，通过时间的考验，锚杆间排距800m和锚索梁间距2000mm的设计是非常合理，完全达到急倾斜、厚煤层和大断面的要求。大降低了巷道的支护成本。

4、正确使用锚索梁的组合作用：

锚索梁是由两根锚索和三根锚索组合而成的组合梁，以废旧的11^#工字钢取代支护钢带，更能使顶板起到完整性和组合梁的作用，在施工过程中，如有个别锚索失效，失衡的11^#工字钢会发生弯曲变形，起到警示作用，以便及时补锚索，不会导致顶板无预兆的整体垮落造成冒顶事故，如遇断层或构造时，组合的锚索必须重新设计，必须能保证锚索能钻进并安设在上、下断盘之中。确保施工过程中的安全。

5、支护效果分析：

（1）老沙田1105回风巷施工过程中，每隔50m设一组观测站，每一组观测站有8个基点，观测帮顶的位移量，位移量变化曲线如图所示，由位移量变化曲线可以看出，不管顶板还是两帮，支护10天后，相对位移量变小，30天后，位移量趋于稳定，巷道顶低板位移最大量为50mm，两帮最大位移量为70mm，巷道变形量符合要求。能保证巷的有效断面，所以，在急倾斜、厚煤层和大断面的煤层中采用锚（索）网支护在老沙田煤矿1105回风巷进行支护是可行的，并确保了巷道有效断面和施工的安全。

（2）经济利益方面也是很可观的，使用U型钢支护材料约4000元/m的支护成本，采面回采过程中U型钢不能回收利用、回收困难、回收成本高、更主要的是对采面回采过程中的上隅角瓦斯管理带来很大困难等；而使用锚（索）网支材料成本约为780元/m。每米支护成本节约3220元，同减少职工运输材料的工作强度。采面回采过程中，锚索的组合梁可以回收利用、回收方便、回收成本低、也便于采面上隅角的瓦斯管理。

参考文献

[1]徐春宇,苏多云.大断面复合顶板回采巷道锚杆锚索支护试验[J].矿业安全与环保,2004,31；

[2]宋空军,孙贺军.大断面煤巷锚杆锚索联合支护的应用[J].中国矿业,2005,14；

[3] 张国轻,等.大倾角三软不稳定厚煤层切眼掘进技术[J].中州煤炭,2008,6；

[4] 吴寿元.大倾角断面巷道掘进锚杆支护实践[J].科技创新与应用,2012,2（上）；

[5]郗泽松.煤矿巷道支护类型研究[J]. 内蒙古煤炭经济. 2014（04）；

[6]晏勇,曹桂宝,李杰远.关于煤矿巷道支护技术的研究[J]. 内蒙古煤炭经济. 2014（01）；

[7]高铁成.煤矿巷道支护技术探讨[J]. 中国新技术新产品. 2013（08）。