“三軟”煤層、復合頂板下沿空掘巷錨索網支撐保護技術應用

＊張志偉

（山西省節能中心有限公司 山西 030045）

1.支撐保護設計

錨桿支撐保護的方式，可以做到加固周圍巖層的表面的效果，所以對于“三軟”巖層造成了很大的壓力，從而能夠使得被錨桿加固的巖層組，變成了一個能夠承載的結構層面，同時還做到了，改良位置處于煤礦巖層的下方部位的受力的狀況，從而可以，很有效果的做到，拔升這里的巖層的承受能力。并且根據周圍巖層的變化，支撐保護的阻力也會隨著有所增強。錨索的懸吊功能可以有效控制巷道的表面位移和頂板的離層。如果煤礦的礦井有300m的長度，煤柱的回風巷的北面是300m的回風巷，東南西三面分別是斷層、采空區和專用回風巷。根據回風巷道的工作面和采煤資料，逆斷層走向在175°左右，傾向平均值則在265°左右，傾角平均在40°左右，它們的落差在0-1.3m左右；正斷層走向平均在213°左右，傾向平均在143°左右，傾角平均在55°左右，它們的落差在4m到8m之間。沿空掘巷需要對煤柱的尺寸進行合理設計，且由于部分位置的巷道在采空區附近，在其附近進行煤柱開采工作時，周邊的巖石必然會受到由煤柱掘進作業的影響，巖石因掘進作業的大幅度震動而出現碎裂的現象。

因此，在進行巷道掘進施工的過程中，變形情況會十分明顯。若留在巷道當中的煤柱尺寸不大，想到周圍的巖層破碎化情況會更加嚴重，這樣想到支護工作就會更加難以落實；如果尺寸過于大的話，就會造成資源上面的浪費。所以工作人員在施工的過程里面，是不可以把錨桿安裝在已經破碎的區域里面的，這樣會使得錨桿的錨固力變得十分弱，存在錨桿長度的影響以及松動系數的影響，針對沿空掘巷煤柱尺寸的設計，施工人員應當結合影響因子和具體實際對其進行合理設計，通常情況下錨桿長度應當設計為3m左右，最大也不能超過5m。

在一般情況下，煤礦開采頂板支撐保護的參數使用的是22mm×2200mm，設備是錨固式端頭的螺紋鋼錨桿零件，且每一根的錨桿都是用兩卷米SK2335型號的樹脂的錨固劑來進行錨固操作的，錨桿之間的排列的間距都應該在800mm之間，如果頂板的條件十分不好的時候，就應該修改成為600mm×600mm。錨桿托盤需要采用冷壓蝶形鋼板材料，錨桿托盤的尺寸設計為120mm×120mm×10mm。金屬網的形狀選用菱形，其中一條邊的邊長為2000mm，另一條邊的邊長為1000mm，菱形網采用的是冷壓鋼板材料。錨梁所利用的材料是直徑為14mm的圓柱體鋼材，錨梁設計為梯子形狀，錨梁的尺寸設計為長2200mm，寬50mm。頂錨索采用鋼絞線制作而成，選用的鋼絞線應當具有高強度和低松弛預應力，頂錨索選用的鋼絞線為15.24mm×6000mm。錨固劑應當選擇SK2350型樹脂錨固劑，錨固劑的錨固力應當大于2萬牛頓，與此同時還應當配備專門的索頭與托盤。頂錨索之間排列的距離應當控制在1500mm×2000mm，同時外部還應當留出250mm的長度。錨索托盤應當選用鋼板材料進行壓制而成，錨索托盤的尺寸可以設計為300mm×300mm×20mm。

巷幫支撐保護應當選用1800mm×18mm的錨桿，錨桿的端頭應當采用錨固式，材料為圓鋼，錨桿之間的間距應當控制在800mm；錨固劑應當選用SK2335型樹脂錨固劑。主動讓壓支撐保護需要使用復合托盤的幫錨桿，里面的托盤尺寸為350mm×240mm×50mm，里面托盤的材料為木質材料；外面的托盤的尺寸為120mm×120mm×10mm，外面托盤的材料為金屬材料。為了有效避免巷道底鼓問題的出現，應當將巷幫最下方的底角錨桿和巷道底板之間的角度設置為30°。為了避免巷幫出現變形比較嚴重的問題，應當通過在沿空側配備一排幫錨索來增強沿空側巷幫的支撐保護強度。幫錨索通常選用高強度、低松弛預應力的鋼絞線材料制作而成，其尺寸規格為15.24mm×6.0m，應當選擇SK2350型樹脂錨固劑，錨固劑的錨固力應當大于2萬牛頓。在巷幫地板下1m的位置設置間距3m的一排幫錨索，緊貼在煤幫位置進行設置。錨索托梁所用的材料為工字鋼，長1000mm，孔徑16mm。

2.存在問題以及對策

煤礦開采工作中最明顯的問題體現在合理層定位工作當中，尤其是在巷道掘進的過程中更容易發現問題。主要原因在于，煤礦開采過程中，巷道的頂板比較軟弱，且屬于復合型頂板材質，其中會包含很多弱結構面，一旦產生破壞就需要更換整塊頂板，即便簡單修復也難以達到標準的支撐效果。顯然此種設計對煤礦巷道掘進工作的推進而言十分不利。同時一般情況下，煤礦開采巷道掘進時，兩邊巷道都比較高，因此穩定性很難得到保障，不僅如此，巷道當中的片幫情況很嚴重，會對巷道的最終形成造成較大的影響。此外在開采過程中，破碎的矸石也是無法忽視的阻礙，這回導致煤炭夾矸量很大，對開采出的煤礦質量十分不利。

即便在開采時，工作人員選擇不破壞頂板，也會產生很多小問題：最主要的就是，復合頂板的切割操作需要從綜掘機開始，以此作為起點到永久的支撐保護還沒有完成之前在這一段時間里，這個的局部容易冒落，使得施工人員在工作的過程中安全的系數降低，容易發生事故；若錨桿的長度和復合頂板厚度基本一致，且頂板在遭到破壞之后也能輕易在巷道錨固區之外形成離層，工作人員依舊需要根據實際情況將錨桿和錨固長度延長。就目前我國大部分煤礦開采工作的落實情況分析，常見的煤礦巷道開采時，綜掘機的開采速度慢，這必然會導致綜掘機設備的使用壽命縮短。

從復合頂板的構成考慮，在常見的煤礦開采工作當中，遇到的巖層通常都是軟硬巖互層，在部分情況下，也有煤線和軟弱夾層在同一層面當中存在的可能。在此種情況下，每層的粘結力都不高，因此頂板離層產生的可能性會成倍增加，很容易引發冒頂一類的開采掘進事故，這對于工作人員乃至整個煤礦的運行而言是非常危險的。若產生上述情況，即便開始挖掘巷道想到的穩定性也得不到保證，甚至原有的穩定性也會大幅度降低。

由于煤礦礦井中的復合頂板很厚，因此在工作過程中，工作人員需要盡可能控制錨桿長度，即不能將錨桿固定在上部已經趨于穩定的巖層之上。且需要注意礦井當中的巷道頂板每層和軟弱巖層之間的界限是否明顯，以及其產生離層的可能性。為保障工作質量，工作人員可以使用錨索加強支撐的方式，保障錨網在煤礦巷道當中的支撐保護作用完全發揮出來。眾所周知，為提高煤礦巷道施工過程中的延伸率，工作人員需要將錨索和所有的全螺紋錨桿進行延伸，需要注意的是上述零件各自的延伸率有所不同，這就要求工作人員在錨桿施工之后，對錨索的支撐保護進行加強，此項工作很容易造成局部錨桿被壓出，最終導致托盤松動和預緊力喪失的風險產生，不僅如此經過處理的錨桿支撐效果會大打折扣。

由此可見上述兩種能夠對煤礦巷道產生保護效果的材料延伸率有所不同，施工人員可以在錨索托梁上放置其他物品，以達到加強錨索延伸率的效果，盡可能縮小它和錨桿延伸率之間的差異，最終保持在延伸率一致的水平。一旦在掘進過程中發現錨桿產生了壓出的現象，施工人員應該，及時的將錨桿再次進行二次的加固操作，保證不會損壞。在地質條件已知的前提下，工作人員應盡可能保障托梁處于水平狀態，而襯墊物的選擇則要以硬質的木塊、鋼鐵等為主，這樣做的目的是降低客觀承載力分解的消耗。通過多次的實踐，可以看出27mm的鉆頭的使用效果更好。

根據對鉆機旋轉方向變化的觀察，和對錨索鋼絞線的配合，都能夠保障錨索處于左旋式的狀態，最終整體效果也能得到優化。不僅如此，在對錨索兩個端頭進行焊接鐵環操作時，也要注意鐵環的直徑是否與錨索直徑一致，要盡可能增加攪拌的充分程度。

3.總結

綜上所述，經過對煤礦巷道掘進過程中錨網索施工方案的分析，可以發現其中的問題在于結構，錨索網的支撐保護體系已經趨于完善，且使用起來便捷程度較高，基本上能夠完全保障煤礦當中沿空掘進工作的安全性。錨索網因為體積比較小，所用的材料比較輕，所以運輸時候的工作量通常比較小，工作人員的工作強度也相應較低，大大提高了工作效率。不僅如此，工作面的回采也能夠有效的降低回棚和上下端頭改棚的可能性，這會降低超前支護的工作難度，對于上下端頭而言改善效果也十分明顯，能夠提升對整個煤礦開采工作安全系數的保障。本篇文章對“三軟”煤層、復合頂板下的沿空掘巷錨索網支護的應用，提出了合理的支護參數，并就沿空掘巷小煤柱側提出了相應的支護措施，著重的介紹了礦壓觀測及其結果分析，總結性地提出了煤巷沿空掘巷方面應采取的措施。