錨網索支護技術在沿空掘巷開采中的應用

文/王志 田子文

目前，一些中小型煤礦在煤炭生產中，煤層采煤預留煤柱的煤炭儲量多，資源浪費比較嚴重。為了提高煤炭資源的回采率，李家塔煤礦經過實際論證，在巷道首次采用沿空掘巷技術工藝，在工作面采空區上覆巖層移動基本穩定后，留小煤柱在廢棄巷道邊緣的煤體中重新掘巷，作為原工作面的進風巷。

通過研究巖層性質、構造和礦壓顯現特點，推測出要使沿空掘巷能承受集中壓力的動壓作用而不發生片幫、冒頂等現象，要求支護結構必須具有較大的柔性和可伸縮性，只有使用錨桿、錨索支護形式，才能確保煤礦實現安全高效發展。

一、地質條件及工程概況

12-1131巷掘進工作面沿12#煤層頂板掘進，12#煤層穩定、結構簡單，含1～2層0.06～0.1m厚的夾矸，煤層厚度2.3～2.8m，平均厚度2.5m；直接頂為泥巖（局部變為粉砂巖），厚3m左右,中間夾一層0.2～0.5m厚的煤線(大致在12#煤層上部1.2～2m之間)；基本頂為粉砂巖，厚約4m左右，含黃鐵礦和植物化石碎屑,夾薄泥巖，11#煤層在12#煤層上部7m左右，10#煤層在11#煤層上部2m左右，其頂板為k2灰巖，平均厚度8.9m；12#煤層直接底為石英砂巖、硅質膠結、質脆，厚度約5m左右。

二、巷道位置的選擇

沿空掘巷要求把巷道布置于低應力場，便于巷道維護，減少變形量，其關鍵是嚴格控制煤柱寬度，留小煤柱的目的是將巷道和采空區隔離，防止采空區的水和有害氣體串入巷道，危及安全生產。煤柱的寬度對巷道的維護狀況起決定作用。

如果煤柱太小，由于靠采空區側的煤柱受支承力的影響已呈塑形，容易失穩，片幫嚴重；如果煤柱過大，將使巷道壓力大、支護困難。根據李家塔煤礦大量觀測資料統計，采面回采后沿傾斜支承壓力分布情況可分為ABC三個區，其中A區為采空區邊緣稱為減壓區，變化范圍為3～15m，B為應力增高區，范圍在15～40m，C為原巖應力區。因此，確定煤柱留設10m，使掘進巷道位于采空區減壓區內，便于維護。

三、巷道斷面及支護形式

1.巷道斷面

12-1131巷道設計寬度3.4m，高度2.5m，凈斷面積 8.5m2，掘進斷面 9.36m2。

2.巷道支護形式

（1）頂部采用了高強錨桿配合雙排組錨索支護。選用Φ20×2000mm的左螺旋紋鋼錨桿，選用CK2340型樹脂錨固劑和Z2388型樹脂錨固劑各一條，使用Φ130×8mm的沖壓碟形墊片，并配合金屬網、錨梁進行支護，錨桿“五五”布置，間排距850×800mm。選用Φ15.24×6500mm錨索，配套使用CK2340型樹脂錨固劑和Z2388型樹脂錨固劑各兩條以及2.4m長14#槽鋼、MX型鎖具加強支護。每排施工兩根錨索，配合槽鋼托梁形成組錨索，間距1400mm，排距3000mm。

（2）兩幫采用普通錨桿支護。選用Φ14.6×1600mm的金屬錨桿，2630型水泥錨固劑兩條，使用Φ100×6mm的沖壓碟形墊片，并配合金屬網、錨梁進行支護。錨桿“三三”布置，排距800mm，間距1000mm，肩窩幫錨桿距頂100mm。

3.支護機理分析

（1）采用錨索、鋼帶形成高強度、大收縮性的支護承載圈，即組合加固拱。據有關的測定組合拱內的巖體強度接近于破壞前的強度，同時具有較大的可縮性，這是沿空掘巷支護所必須具備的，只要支護參數選擇合理是可以取得較好效果的。錨桿在巖層中的實質就是錨桿對松動圈進行約束擠壓加固，重新形成具有一定強度、一定厚度的組合加固拱。

（2）由于采用沿空掘巷，普通錨桿難以保證巷道支護的可靠性。因此必須在普通的錨網梁支護的基礎上使用錨索支護，從而通過錨索的懸吊作用，與錨網梁形成的組合梁形成一個厚度加大、抗彎強度和剛度提高的組合梁結構。

（3）采用錨桿支護，可以減少圍巖淺部的擴容變形能力。在高應力作用下，擴容變形是不可能完全阻止，通過錨索支護可以有效地加固錨固范圍的圍巖體，可大大減少其擴容變形量。

（4）采用鋼帶、金屬網提高了圍巖面的抗拉變形能力，控制圍巖變形量，同時通過鋼帶，形成一個有機的支護體，而不是錨桿錨索的獨立作用，從而提高了整體支護能力。

（5）錨索外部采用槽鋼墊板，提高了抗變形能力，在高應力的作用下，通過槽鋼的塑性變形進行部分卸壓，大大減少了錨索的破損力。

（6）塑性變形卸壓是一種少量可以允許的變形量，這種變形量不是有害的，它不影響巷道的安全使用。

四、礦壓觀測

1.礦壓觀測內容

（1）圍巖表面位移觀測。圍巖表面位移監測點采用直線布點法。所有監測數據建立臺賬，如下表。

測點距工作面距離（m）移近量（mm）頂底板1 2 3 4 5 20 40 60 80 100 100 80 60 50 60 50 48 46 40 38兩幫

（2）巷道每隔50m安裝一組頂板離層監測儀觀測頂板離層情況，無論頂板還是兩幫位移都很穩定，頂板沒有離層現象。

（3）錨桿錨固力量測定。每隔30m設一個觀測斷面，對錨桿錨固力進行測量。使用錨桿拉力計進行錨桿錨固力的測試，使用公斤扳手進行錨桿初錨力測試。測量結果，初錨力、錨固力均符合設計要求。

五、效果分析

通過現場監測，12-1131巷沿空掘巷采用錨索加強支護比單獨使用錨桿支護有明顯改善，主要表現在：解決了前邊掘進，后邊維修的問題；巷道頂板和兩幫整體性比較好，雖然頂板有一定的下沉量，但仍然保持完整、穩定，支護狀態好；使用錨索加強支護后，頂板的安全程度有了明顯的改觀。

六、技術經濟分析

1.沿空掘巷，采用錨網索支護，巷道支護質量得到很大改觀。

2.巷道經受動壓影響，變形量小，無冒頂片幫現象。

3.采用錨網支護，具有承載快，錨固力大，位移小和可靠性強。

4.錨桿掛網配合鋼筋托梁作用，使錨桿受力狀態得以平衡，發揮了錨桿群共同承載作用，能與圍巖一起作用來提高圍巖承載能力，主動進行支護，有效抑制了圍巖的變形。

5.采用錨網支護，錨固范圍內巖體的整體性得到加強，防止了頂板滑移，使頂板的松動離層受到了抑制。

6.采用錨網索支護，工序簡單，施工容易，巷道斷面小，降低了勞動強度，減少了巷道維護量。

七、結論

李家塔礦在12-1131巷首次采用沿空留巷技術，并將錨網索支護應用于其中，巷道能經受動壓影響，變形量小，無冒頂片幫現象發生，是切實可行的有效方法，具有廣闊的應用前景。