芻議半煤巷道支護塑料護幫網技術及其應用

摘要：根據國家統計資料顯示，當前我國有超過八成的井下作業巷道在煤層中挖掘，這對煤礦巷道支護技術以及其安全管理提出了更高的要求。煤礦巷道安全支護技術的提升能避免安全生產事故的發生。文章結合某煤礦實際情況，對塑料護幫網技術原理以及參數設計進行分析，探討了半煤巷道支護塑料護幫網技術及其應用。

關鍵詞：塑料護幫網技術；半煤巷道；巷道安全支護技術；井下作業巷道；煤礦安全管理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD235 文章編號：1009-2374（2015）10-0168-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0935

本文以某煤礦為例進行分析，該煤礦煤層定向布置巷道，其煤層頂板為巷道頂板，采用不完全梯形的斷面形式。煤層頂板為灰白相間帶狀條紋，其厚度大約為6.7～7.7m，平均厚度為7.2m。該煤層的頂板巖石抗壓強為20～24MPa，其中最大抗壓強度為35MPa。該煤層底板是由厚度約為0.75～1.1m的黑色粉砂巖組成，平均厚度為0.88m，抗壓強度為65MPa。

1 巷道及巷道支護理論概述

1.1 我國煤礦巷道概述

當前階段我國對于煤炭資源的開發仍然沿用巷道挖掘并進行井下施工作業的作業方法，在極大部分數量的礦井中，其巷道深度甚至超過了700m。根據國家統計資料顯示，當前我國有超過八成的井下作業巷道在煤層中挖掘，這對煤礦巷道支護技術以及其安全管理提出了更高的要求。煤礦巷道安全支護技術的提升，不僅能在一定程度上提升巷道的服務年限以及耐用性，更主要的是避免了安全生產事故的發生。在未來一段時間內，如何提升煤礦巷道的安全性和穩定性，如何充分根據井下作業的特點進行巷道支護技術的選擇，必將成為重要的焦點問題。

1.2 煤礦巷道支護理論概述

1.2.1 圍巖強化。圍巖強度強化理論是指支護技術中通過改變圍巖應力從而增加相應的圍壓，并使圍巖的載荷能力得到加強，該技術理念能夠有效地增加錨巖體本身的性能，并使巖體的峰值以及殘余強度得到

增加。

1.2.2 松動圈支護。松動圈支護是巷道開挖施工過程中會造成周圍巖層松動并形成一定的松動范圍，從而引起松動圈膨脹，在這種情況下對膨脹圈進行支護從而防止巖體破裂而形成的安全隱患問題，使得支護技術更具針對性。

1.2.3 奧法支護。新奧法理論主要有以下兩點內容：（1）對煤礦巷道的光面實施爆破處理；（2）對隱患區域內的周圍巖壁進行加固處理，從而增強其荷載能力的方式。

1.2.4 聯合支護。聯合支護主要是通過多種支護手段的組合運用，以此提升支護體的整體硬度和強度，從而達到改變圍巖松動、膨脹現象的狀況，最終使巷道的穩定性得到增強的一種技術方法。聯合支護的技術方法較多地運用于巷道內部地勢和地形相對較為復雜的

地區。

2 錨桿支護機理

2.1 確保錨桿的加固作用

為了保證在進行半煤巷道支護的過程中將各種力傳遞到穩定巖層上，在進行錨桿的選擇時應注意錨桿的直徑、長度以及其錨固能力，以防止由于頂板地質構造或者是煤層頂板巖石強度較低造成的切頂事故。其中特別應注意的是加強位于巷道兩側錨桿的錨固力，從而確保在支護過程中錨桿的加固作用能夠得到有效的發揮，更好地進行力傳遞。

2.2 保證系統有效性

系統有效性主要是指即使在局部區域錨桿失效或者煤層頂板遭到破壞的情況下，也可以在支護系統轉移力的作用下，保證整個系統不會全面失效。

2.3 加強煤幫支護

加強煤幫支護主要是由于錨桿支護通常是以煤幫為介質將力傳遞至底板，所以應注意加強煤幫支護錨桿的整體強度，從而在最大程度上減少煤幫的松動深度。

3 塑料網工藝分析

3.1 原材料

塑料網的原材料主要有聚丙烯、色母、三氧化二銻、抗靜電劑以及高效阻燃劑等，其各項材料的質量要求都應符合標準，在必要情況下進行相應的理化試驗，在確保質量合格后，實驗室保留相應的記錄。

3.2 攪拌

在塑料網制作過程中，可以按照每鍋次的原料配料量以及原料加料順序進行攪拌，在高速攪拌機中攪拌5～7分鐘。同時在原材料攪拌完成后應對其配料攪拌情況進行檢查，確保各主材料與配料之間不出現混合不均，且攪拌機內無攪拌殘留，同時還應注意其裝料和轉運以及上料都應符合相關操作要求。

3.3 軋光及切邊

在塑料擠出機進行預熱前應對其三輥軋光機以及軋滾表面部件進行檢查和清理，等到板料擠出后應根據三輥間距、擠料量以及擠出機的溫度等參數來控制板的厚度和寬度進行調整。在此過程中應注意板的厚度應符合生產工藝要求，保證其誤差在可接受的范圍之內。同時板在切邊后的寬度應保持在1200±10mm范圍內，不能出現凹凸邊框、缺料邊或者是其他缺陷問題。

3.4 沖孔

在制板完成后及時將板頭穿入沖床進行沖孔，孔的直徑控制在3.7±0.1mm，注意保持40～80次/min的沖孔頻率，在沖孔過程中的調整氣壓為0.5MPa，公稱力為110kN，最終的橫向孔距確定為15.5±0.1mm，沖孔步距16.9±0.1mm。操作工人和機修工人應對此過程總的各項孔距進行調整和修正，同時避免各種連孔、重孔、缺孔以及不透孔等問題的出現。

3.5 縱向拉伸

在制板沖孔后會有一定的余量，此時應將沖孔前段毛板與縱向拉伸機組的預穿導料板之間應采用專業的連接裝置固定牢靠，等到其板料長度能夠穿過縱拉機組時，啟動機動機組穿板料并對中拉和終拉速度做出相對應的調整，將水溫控制在≥95℃，拉伸幅寬要求控制在1050～1075mm。縱向拉伸中需要注意的在拉伸完成后一定要對實際尺寸進行測量，如果存在的偏差問題則應立即對拉伸速度進行調整，在縱向拉伸需要收卷時應保持在收卷器上進行收卷，使之保持一定的張力，收卷直徑以1.2m為宜。

3.6 橫向拉伸

將縱向拉伸后的網頭穿過橫向拉伸機送料裝置后，用橫拉機組引進口兩側夾具口夾緊，開始橫拉。橫拉時應根據《生產工藝通知單》給出的溫度及拉伸效果調整熱風爐溫度，使橫拉網格均勻。橫拉完成后產品應用收卷機進行收卷、計長，收卷尺寸：寬度：4.0～4.1m；長度：根據實際生產需求定尺寸。橫向拉伸完成后產品應捆扎整齊，每卷不得低于三個困扎點。

4 技術參數

作為一種專門用于煤礦支護的新型防護網，雙向拉伸塑料網主要以聚丙乙烯為基本材料，在經過了抗靜電以及抗阻燃技術處理之后，運用雙向拉伸方法最終形成了具有完整整體結構的方法網，雙向拉伸塑料網可以說是在充分保證了強度的前提下，提升了其綜合使用性能。其與一般意義上的塑料網與金屬網相比，存在著較大的優勢：（1）其具有易彎曲且強度大、耐腐蝕且便于運輸的特點；（2）其在雙向拉伸作用下形成的筋和肋互相垂直，有效地將網面的壓力分散到了四周緊肋，在很大程度上提升了網面的整體承載能力；（3）由于塑料網是在雙向拉伸作用下形成的，所以其需的網孔蠕變量較小，孔尺之間均勻平衡，會避免煤塊脫落給井下工人帶來的危險；（4）在其整體的方法網結構中，縱橫向并有加長的承載力，再加上其網色與煤層色相互親和，使巷道具有一定的平衡性。塑料網與其他防護網的監測數據：塑料網，抗壓強度為320MPa，破斷強度3500N，延伸率20%～30%，單價11.5元/m2；菱形網，抗壓強度為380MPa，破斷強度4200N，延伸率9%，單價18.8元/m2；經緯網，抗壓強度為360MPa，破斷強度4000N，延伸率7%，單價23.5元/m2。

5 護幫網在巷道支護中的使用方法及注意事項

5.1 使用方法

塑料護幫網在半煤巷道支護的使用過程中通常情況下會采取橫向鋪接法，其具體操作步驟如下：

5.1.1 將塑料網卷在巷道內鋪開，并按照巷道上部的支護周界長度將其分剪成為一段或者是多段的網片，其網片剪切程度以及鋪網長度取決于巷道的形狀、寬度以及巖礦性質等，使用單位應在相關作業流程中對其進行說明。

5.1.2 把剪切好的網片沿巷道上部的支護周界鋪開，并保持其與原有的支護片之間的搭接部分大于10cm，同時采用規格為1.2～1.8mm的金屬綁絲將新鋪網片與原有網片進行捆綁處理，在捆綁過程中應注意其牢固程度，至少用捆綁鉤旋轉5圈以上。

5.2 注意事項

5.2.1 如果在使用過程中存在著筋條被利器割斷的情況時，可以采用局部補強的方法對其進行修補，其補強方法與之前所說的網片捆綁方法相同。

5.2.2 應注意產品的儲存環境以及儲存溫度，如果溫度過高或者儲存期限過長，會直接造成材料外觀顏色轉變或者是較大面積的收縮變形，如果出現了筋條彎曲情況，應立即暫停其使用并及時采取力學性能檢測的方法，確保質量符合標準要求后再使用。

5.3 運輸和儲存

5.3.1 路面運輸。在地面運輸過程中特別是在進行產品裝卸時，應避免使用較為尖銳的器具，同時在運輸過程中應遠離不規則物體或者是重物。卷材可以直立放置也可以平臥放置，但是需要注意在裝載過程中其堆壓最高層數不能超過8層。

5.3.2 井下運輸。在卷材的井下運輸過程中，應盡量使用廂式礦車，減少U型叉車的使用，從而避免各種沖撞或者是擠壓作用帶來的破壞。

5.3.3 存儲。在存儲過程中需要注意以下四點：（1）儲存環境選擇上，應保證其遠離火源2米以上并處于常溫條件下；（2）在儲存時應選擇避光的庫房，同時在產品與地面之間架設不低于20cm的隔離層架；（3）儲存環境應保持通風干燥，并防止太陽直射；（4）材料的儲存日期為出廠后一年半以內。

6 應用實例

該煤礦的掘進隊現場施工的下山采區為綜采面下巷，其煤層厚度為1.8～2.2m，平均厚度為2.0m，傾角為11°～20°。工作面走向達到了1100m。為了能夠良好地對工作面的生產要求進行適應，其下崗設計形式為機軌合一，斷面形式為寬度3.2m、中高2.0m的不完全

梯形。

6.1 塑料護幫錨網

為了防止上幫片幫造成的頂板跨度增大問題，采用型號為HBPP30-30MS的聚丙乙烯雙向拉伸阻燃抗靜電煤礦井下用塑料護幫網，該塑料護幫網的抗拉強度大于30kN/m。

6.2 施工工藝

主要采用的是沿煤掘進的方法，采用光爆工藝對爆破進行控制從而有效減少可能對圍巖煤幫造成的振動，并保持巷壁的平整性。煤層頂板采用錨桿-W鋼帶聯合支護，在巷道爆破進尺后，按照前探梁支護→打錨桿孔→安裝樹脂卷→安裝托盤及螺母→鋪設護幫塑料錨網→安裝錨桿桿體的順序進行。

在施工過程中需要注意的是塑料護幫錨網的保護鋪設：（1）應控制好掘進迎頭打眼的角度和網到迎頭的距離，一般情況下其距離應保持在3～5m范圍內，防止出現炮崩網現象；（2）塑料護幫錨網在鋪設過程中應緊跟煤層頂板，如果局部出現高度不夠的情況時必須對現場進行清理；（3）盡量保持巷幫的平直，塑料護幫網應保持平直并與巷幫緊貼。同時錨桿柱也應緊貼巷幫并保持150N·m的錨桿扭矩；（4）塑料護幫網的連接處應保持>10cm的壓茬，并對相間隔的網孔用尼龍繩或者是鐵絲扎牢。

6.3 支護效果

鋼帶錨桿塑料網和錨桿支護在該煤礦的使用中獲得了較好的技術效果以及經濟效果，在試驗巷道中表現出了較好的力學特性，對頂板巖層起到了有效的加固作用的同時，使巷道頂板的完整性得到了有效的保護，有效地解決了困擾了該煤礦煤層片幫的重大問題。另外，在良好的支護體系下，巷道頂板始終處于良好的受力狀態，對巷道變形起到了重要的控制作用。該煤層的巷道頂底板移近量由往年的48cm減少到了13cm，兩幫的移近量由以往的27cm減少到了6cm，并且其總的斷面收縮力保持在了驚人的0.5%左右，完全符合了生產使用標準及生產要求。除此之外，塑料護幫網支護與其他支護技術手段相比，節省了大量的原材料，并有效地減少了二次拉低返工。

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作者簡介：陳轉琴（1980-），陜西渭南人，神華神東煤炭集團設備維修中心三廠工程師，研究方向：煤礦井下用支護產品。

（責任編輯：王 波）