錨網索聯合支護在預防煤巷頂板事故中的應用

陳全斌，汪海生

（甘肅靖遠煤電股份有限公司大水頭煤礦，甘肅　白銀　730913）

錨網索聯合支護在預防煤巷頂板事故中的應用

陳全斌，汪海生

（甘肅靖遠煤電股份有限公司大水頭煤礦，甘肅白銀730913）

大水頭煤礦在煤巷施工過程中將錨網索聯合支護從理論推向實踐，對該支護方式的支護原理和具體的操作方法以及需注意的問題進行了逐步探究，最終取得煤巷錨網索聯合支護的成功，杜絕了煤巷掘進頂板事故的發生。

錨網索；聯合支護；頂板事故；預防

大水頭煤礦于1997年9月正式投產，設計生產能力105萬t/a，后經過技術改造，于2013年產量達到220萬t/a，主采一煤層。目前主要掘進巷道布置在東一采區和西三采區，在1260水平至950水平的所有巷道均采用錨網索聯合支護。截至目前，已利用錨網支護技術安全掘進煤巷約37800m。在煤巷掘進過程中，通過確定合理的支護參數、加強施工現場質量驗收管理，重點做好初期頂板管理和后期礦壓監測監控等措施，成功杜絕了煤巷掘進頂板事故，取得了顯著成效。

1　支護作用原理

煤巷錨網索聯合支護是錨桿、錨索、金屬網聯合支護，共同支撐煤巷頂板的一種混合支護技術，它的作用原理就是利用錨網索聯合支護形成一個支護整體，加強和提高巷道頂板一定范圍巖層的抗剪壓能力，形成堅實的擠壓加固拱，抵抗巷道圍巖變形，達到支撐維護巷道的目的。

2　頂板事故預兆

巷道圍巖變形有一個從彈性到塑性，最后喪失抵抗力的過程，這種特性決定了錨網索聯合支護的煤巷頂板變形要經過一定變形量的積累，當頂板變形量積累達到一定程度，就會導致煤巷頂板突然垮塌造成頂板事故。錨網索聯合支護煤巷頂板變形過程往往引發一系列壓力顯現，出現以下頂板事故預兆：

1）頂板出現局部離層掉渣，在金屬網上形成網兜，嚴重時造成頂錨桿斷裂或失效。

2）巷道兩幫收斂變形嚴重，頂板下沉，金屬網出現撕裂現象。

3）巷道底板鼓起，巷道兩幫壓裂。

4）頂板爆響，頂板離層監測儀顯示離層加劇。

3　頂板事故的預防

3.1合理確定錨桿支護參數

根據工作面地質條件，合理參照鄰近工作面地質力學評估資料，依據秦巴列維奇理論按擠壓加固拱原理對掘進工作面圍巖破壞范圍和圍巖壓力進行計算。并以此為依據，結合其他礦井的生產實踐合理確定錨桿支護參數。

3.1.1巷道圍巖破壞范圍的計算

1）煤巷兩幫煤體受壓破壞深度。

C=Htan（45-φ/2）

式中：c——煤體受壓破壞深度，m；

H——巷道高度，m；

φ——煤的內摩擦角，φ=arctan（f）=45°，f=1。

2）巷道頂板潛在的冒落拱高。

b1=a1/u（a+c）/（Rc/1000）

式中：

b1——巷道頂板潛在的冒落拱高，m；

a——承受彎曲的懸臂巖層的半跨距，m；

Rc——巷道頂板巖石的抗壓強度，N/cm2。

3）頂板壓力。

（4）兩幫煤體傾向壓力。

式中：γ——煤的體積重量，kN/m3。

3.1.2合理確定錨桿支護參數

依據巷道圍巖破壞范圍的理論計算值，輔以工程類比，結合其他礦井的實踐經驗，回采巷道錨桿支護參數確定如下：

運輸順槽頂錨桿均選用長度2600mm，直徑22mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿；幫錨桿選用長度2600mm、直徑22mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿。錨桿間、排距取700mm×800mm。所有參數均在計算值范圍內，符合要求。

回風順槽頂錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿；兩幫錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間、排距取700mm×800mm。所有參數均在計算值范圍內，符合要求。

頂板瓦斯抽采巷頂錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿；兩幫錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間、排距取700mm×800mm。所有參數均在計算值范圍內，符合要求。

開切眼頂錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿；兩幫錨桿選用長度2600mm，直徑22mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間、排距取700mm×700mm。所有參數均在計算值范圍內，符合要求。

為了提高巷道的支護能力，運輸順槽、回風順槽隨巷道掘進在巷頂正中每四排錨桿打注一根Ф17.8mm×7000mm的錨索以加固支護，開切眼每四排錨桿在巷頂正中及兩拱部同時各打注一根Ф17.8mm×7000mm的錨索以加固，頂板瓦斯抽放巷沿頂板掘進，則根據頂板情況決定錨索施工參數。

3.2加強施工現場管理，抓好錨桿錨索的安裝質量

1）煤巷全部采用綜掘機掘進一次成巷，及時支護、及時預緊錨桿螺母，保證煤巖的完整性。

2）嚴格按設計要求的角度、間排距對錨桿（索）孔進行標點定位，采用長度為1.3m和2.7m的長短鉆桿配合打眼，保證眼孔深度，并跟蹤監督檢查錨桿（索）的安裝，確保錨桿（索）的安裝質量。

3）錨桿（索）的安裝必須按要求進行，錨固劑、錨桿、錨索、托板和螺母等性能強度、結構必須與設計錨固力相匹配，各種材料入井必須有產品合格證。巷道頂幫錨桿的方向、位置和密度必須符合設計要求，托板必須貼緊頂板和煤壁，不得松動，接觸面積達到85%以上。出現錨桿不接頂貼幫時，必須重新補打錨桿。網要展開鋪平，貼緊頂板和煤幫，用錨桿托板壓緊。螺母的擰緊力矩不小于450N·m。錨桿、錨索安裝前，必須要壓風將孔內煤（巖）粉、水等吹洗干凈。錨桿端部必須推至眼底，尾部外露長度為120～130mm。

4）錨桿、錨索安裝，必須按作業規程規定的施工操作程序進行，先裝雙速藥卷，再裝中速藥卷，用錨桿（索）將藥卷送至孔底后，用攪拌裝置邊攪拌邊用力迅速向孔底推進錨桿（索），待藥卷得到充分攪拌后停機，攪拌時間為30s，攪拌要連續進行，中途不得停頓。錨桿攪拌后上托板，1min后二次預緊，錨索攪拌凝固5min后上托板張拉，其張力必須達到30MPa。

5）由掘進巷道專職跟班安檢員對各自管轄工作面的所有錨桿用力矩扳手逐根驗收，合格的噴漆標號，納入小班安全質量標準化評估中進行日常考核打分，小班評估90分方為合格。礦生產口管理人員對全礦錨網索聯合支護巷道進行抽查，發現錨桿、錨索安裝質量達不到設計要求的當月質量標準化一票否決，并進行結構工資考核。

3.3加強頂板觀測，及時獲得頂板穩定狀況的信息

1）錨網索聯合支護巷道按設計要求每隔20m布設1個觀測點，斷層及圍巖破碎帶、應力集中區、交岔點等特殊地點觀測點加密，頂板離層儀安設在巷道頂正中，深基點固定在頂板上方7m處，淺基點固定在頂板上方3m處。

2）頂板離層儀由各施工隊技術負責人負責及時安裝（安裝離層儀時距前頭距離≤5m）。

3）觀測點實行掛牌管理，牌板上寫明觀測點號、安裝人員、安裝日期和初始數據，并指定專人負責觀測數據，填寫原始記錄，建立觀測檔案。

4）觀測點和離層儀每3d觀測一次，向生產技術部及時上報觀測數據。

5）生產技術部對收集的觀測數據進行認真分析，從中總結頂板變化的規律性，對觀測數據異常點要進行現場調查，若現場確定該處巷道頂板活動異常威脅安全生產時，立即上報主管領導采取相應措施。

3.4錨網索聯合支護巷道出現頂板事故預兆要及時維護

1）井下作業人員隨時觀察巷道頂板及煤壁活動情況，一旦發現頂板異常，出現頂板事故預兆要及時向隊部值班人員和調度室匯報并采取相應措施，杜絕事故發生。

2）頂板出現局部離層掉渣、頂錨桿斷裂時，及時處理網兜、補打錨桿，確保巷道頂板的完整性，盡量減少頂板離層的發展。

3）巷道出現兩幫收斂、頂板下沉、金屬網撕裂等現象時，要根據巷道頂板變形程度加打Φ17.8mm× 7000mm錨索加固。

3.5根據地質條件及時調整支護密度或變更支護

該井田范圍內地質構造發育，煤系地層不穩定，煤巷頂板巖石具有不穩定性，巷道掘進時經常遇到斷層、頂板破碎帶、頂板巖性變化帶，巷道工程地質條件變化較大，為了保證巷道支護科學合理，各施工隊要注意觀察巷道圍巖條件變化，隨時與生產技術部門聯系，工程技術人員要根據工程地質條件變化隨時修改錨網索聯合支護密度，在錨網索支護不能滿足安全生產需要時及時變更支護形式。

4　結語

大水頭煤礦在推廣應用煤巷錨網索聯合支護的過程中，經歷了“試驗—總結—改進—再總結—推廣應用”5個階段，在煤巷錨網索聯合支護推廣之后，徹底杜絕了煤巷頂板事故，從此至今，大水頭煤礦連續13年未發生一起頂板事故。

［1］東兆星，吳士良.井巷工程［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2006.

［2］翁家杰.井巷特殊施工［M］.北京：煤炭工業出版社，1991.

［3］中國礦業大學.井巷工程.第3版［M］.北京：煤炭工業出版社，1991.

［4］陜西煤礦學校，井巷工程［M］.北京：煤炭工業出版社，1983.

［5］董方庭，姚玉煌，黃初.井巷設計與施工［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1986.

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