锚网喷联合支护在煤及软岩中开准巷道的应用

锚网喷联合支护在煤及软岩中开准巷道的应用

范江锋张玉海

中煤大同能源有限责任公司037001

摘要：本文针对大同煤田石炭纪3～5合并厚煤层及泥质页岩等松软岩层中布置的开准巷道，从顶板管理的角度上利用锚杆、锚索的支护机理进行分析，并结合网喷的支护作用，对巷道合理支护的有效途径进行了分析，并从施工进度、效率、施工机械化程度及降低成本等方面介绍了锚网喷联合支护方式在开准巷道中应用的优越性。

关键词：松软煤岩开准巷道锚网喷联合支护

随着矿井产量和采掘机械化程度的提高，巷道断面日趋增大，同时开采深度增加，在煤及泥质页岩等不稳定围岩的巷道顶板支护中支护难度不断增加。因此，需要寻求在一定围岩情况下采用合适的支护形式并充分利用围岩的自承能力，让围岩和支护共同承载有效地控制顶板。特别是针对新建矿井主要开准巷道大部分布置在煤层中的特点，结合近几年推广应用的支护技术，新建矿井主要开准巷道大部分采用锚网喷联合支护的方式，这对煤矿的安全生产、提高效益具有十分重要的意义。

1锚网喷联合支护机理

当巷道开掘后围岩应力重新分布，出现应力集中区，顶板下沉并逐渐破裂，破裂带由浅部逐渐向深部发展，顶板煤岩松动直至冒落。锚杆的作用在于改善围岩受力状态，抑制裂隙的进一步扩展，阻止顶板无限下沉，从而在顶板松动圈内形成一个具有承载能力的结构体。锚索除具有普通锚杆的挤压作用、组合作用、悬吊作用外，还对顶板进行深部锚固，产生强大的悬吊作用，并沿巷道走向形成对顶板的连续支撑点，产生较大预紧力以减缓顶板下沉。对于煤及泥质页岩等软岩顶板支护的难度在于顶板存在地质弱面，普通锚杆无法锚固在稳定的岩层中，承载力有限。而且软岩松动也会对下位岩层形成较大的垂直载荷，易造成锚杆与锚固顶板整体垮落。而锚索可以和上部较稳定的岩层与下部承载结构体之间建立牢固联系，形成承载的加固拱。在锚杆、锚索支护的基础上配合钢筋网，利用喷射混凝土及时封闭围岩，防止围岩风化剥落，形成钢筋混凝土层，提高了喷层的整体性，改善了喷层的抗拉性能，这就形成了锚网喷联合支护的整体支护效果。

2大同煤田石炭纪3~5合并煤层中巷道支护方案

2.1煤层地质概述

5（3~5）号煤层全煤田均有赋存，局部与3号合并，变异系数为0.20%，属稳定煤层，煤层厚度11.49~26.77m，平均18.28m，西厚东薄结构复杂，夹矸一般为5~11层以上，岩性多为高岭质泥岩或炭质泥岩。伪顶岩性为泥岩、砂质泥岩，厚0.2~0.5m；直接顶岩性为高岭质泥岩、炭质泥岩，厚3~5m，具水平层理，性脆，属软弱岩石，顶板稳定性差，易冒落；老顶为中粗砂岩，厚6~15m，厚层状，矿物成分为石英、长石及岩屑，钙泥质胶结，半坚硬；底板为砂质泥岩、泥岩。

2.2在3~5煤层中布置巷道的支护方案

目前，在大同煤田开采石炭纪煤层的矿井，主要开准巷道大部分布置在3~5合并层中，无论巷道顶板是煤或直接顶的软弱岩石，支护均较困难。新建矿井使用大型设备，开准巷道断面均较大，大部分巷道断面在14.5m2以上。遇到这种围岩，以前传统的支护方式为砌碹支护或架U型钢棚支护，采用短掘短支，支护材料费用投入大，支护成本高，工人劳动强度大，且支护效果不好。因此，原有支护形式未从根本上解决煤或软弱岩层顶板条件下大断面巷道的支护问题。

鉴于此，在开掘布置在3~5合并层的主要开准巷道时，采用了锚杆、锚索、网喷联合支护技术。锚杆排间距800mm，锚栓板“一”字形排列与巷道走向垂直，顶帮锚杆压紧钢筋网；在顶板布置两排锚索，间距为1.2m，排间距为2m，锚索长度视顶板情况选择，一般在6.0~8.0m之间，托梁采用12号槽钢，槽钢长3.6m开两孔配两个锚索，采用中速锚固剂端锚，用张拉千斤施加预应力；喷混凝土厚度一般在100mm（破碎段喷厚150mm）。

巷道支护布置图

2.3锚网喷联合支护效果及施工工艺

布置于3~5号煤层中的辅助运输大巷采用了锚杆、锚索、网喷的联合支护技术，顶板下沉不明显，状态非常稳定，就是在比较破碎的地段也未发生顶板离层的现象。

从支护的施工工艺分析，主要是开掘拱形巷道后及时进行了锚杆、钢筋网支护，形成了一个支撑承压拱，并控制了破碎岩块的掉落，起到了及时支护顶板的作用，并防止了片帮等现象的发生，保证了巷道的成型。随后紧跟锚索与初喷（50mm）支护，既与上部围岩形成一个整体承载，又及时封闭了围岩。复喷滞后工作面10m左右，达到设计喷厚。

3施工进度快、效率高、成本低

锚网喷支护在煤及软岩巷道中与机掘（或光面爆破）是相辅相成的，因为使用机械掘出的巷道轮廓平整，且顶帮裂缝少，稳定性高，超挖量小，巷道成型好，可以减少出矸量，且喷射混凝土补平工作量也大大减少，这样就加快了巷道的掘进循环进度，提高了巷道掘进的工作效率。在净断面为14.5m2的半园拱形巷道，采用锚网喷支护方式，巷道掘进毛断面（喷厚100mm）为16.2m2，而采用砼碹（砌墙厚350mm）掘进毛断面为19.7m2，与锚网喷联合支护相比（每米巷道）多出矸石3.5m3，而且工人劳动强度大，砌碹支护的立模、移模等工序多，这就严重影响了施工进度，降低了工作效率。故新建井的主要巷道施工中大部分采用锚网喷联合支护，不仅加快施工进度，节约了工时，而且降低了工人的劳动强度。以净断面为14.5m2的半园拱形巷道为例，采用混凝土砌碹支护每米巷道成本在8500元左右，而锚网喷支护每米巷道成本6800元左右，每米节约资金1700元。

4施工机械化程度高

锚网喷联合支护方式可以实现机掘（光爆）、支护、运输等主要工序基本上实现机械化作业，可减轻工人的体力劳动，并获得高速度、高效率及合理的经济技术指标，确保施工安全。下面以机掘作业线说明：掘进机割煤掘进机装煤皮带运煤液压锚杆钻机架设锚杆、锚索（并敷设钢筋网）矿车运送喷浆料喷射混凝土成巷。该作业线不仅实现了掘进、运输的机械化作业，而且架设锚杆、锚索、喷射混凝土实现了半机械化作业，大大降低了劳动强度，提高了工作效率。

锚网喷联合支护方式在大同矿区石炭纪煤层中开准巷道的应用表明，在大断面的开准巷道中广泛应用锚网喷联合支护，不仅加快了矿井的建设进度，还能节省人工、材料的投入及大量的资金，带来可观的经济效益，实践证明该技术是值得推广使用的一项实用技术。

参考文献：

[1]《采矿学》徐永圻，徐州：中国矿业大学出版社，2003 

[2]《矿业系统工程》张幼蒂，徐州：中国矿业大学出版社，1999