锚网索钢筋梯联合支护在大断面煤巷中的应用

王现伟，王军辉

（河南大有能源股份有限公司 常村煤矿，河南 义马472300）

1 基本情况

常村煤矿23区回风巷承担23区的回风、运料任务，沿2－3煤顶板掘进，顶板稳定。煤层为侏罗系中统下段义马组2－3煤，煤类为长焰煤，煤尘具有爆炸性，爆炸指数48.33%。煤层容易自燃，自然发火期15～30天。巷道走向为115°～130°，倾向SW，倾角8°～15°，一般10.5°。本巷道所在区段地质构造简单。本巷道位于21采区三条下山东翼，上部为110大巷煤柱，下部为已采毕的2101工作面，东部为23采区。采深380m，所采煤厚14.1～16.9m，黑色，上半部以半亮型块状硬质煤为主，下半部为半暗型煤，含多层夹矸，结构复杂。直接顶为细砂岩、泥岩，厚1.0～8.0m，上部致密坚硬，不易垮落。

2 支护原理

针对23区回风巷地质状况和周围应力情况，在23区运煤巷采用大断面锚网索钢筋梯、钢丝绳支护技术。

采用锚网（索）支护为核心、配以钢筋梯、钢丝绳为筋骨的主动支护方式，兼具了大断面和主动支护的鲜明特点，能够充分发挥锚网（索）的主动支护作用。先采用加长锚杆、锚索主动加固围岩支护，形成一层有效的组合加固拱，充分发挥围岩自身的承载能力；沿巷道轮廓方向布置5根钢筋梯，沿巷道走向以拱顶为中心均匀向两帮打设5根钢丝绳，钢筋梯与钢丝绳呈 “十字”交叉型，形成密集支护，增大了巷道顶板强度，以达到主动与被动支护相结合，锚网（索）主动支护为主，钢筋梯、钢丝绳被动支护为辅，减缓了巷道变形；变端锚为全长锚固，提高了锚杆的锚固力，从而增强围岩的自身承载能力，保持围岩稳定性。锚网索钢筋梯、钢丝绳支护提高了巷道的整体支护强度，减少了无效利用断面，延长了巷道使用周期。后期采取“松帮卸压”等技术管理手段进行巷道维护，从而可以不断完善支护体系，确保巷道的支护效果。

3 联合支护设计

1）锚网（索）支护断面采用斜墙半圆拱断面，锚网规格：下宽6.6m，拱基线处净宽6.0m，净高4.6m（直墙高1.6m），锚网断面24.2m2。

2）顶、帮全断面铺设菱形金属网，拱顶打Φ22mm×2600mm钢筋锚杆，间排距600mm×700mm，每根顶锚杆配2390树脂药卷一套（K2350一支，CK2340一支）；两帮打Φ20mm×2500mm全螺纹钢筋锚杆，间排距600mm×700mm，每根帮锚杆配Z3550树脂药卷一支。顺巷道轮廓方向配钢筋梯支护，钢筋梯由5节组成，每节长2.5m，搭接长度为100mm，中间一根位于正顶部，其余4节分别位于两帮均匀布置。顺巷道走向按照锚杆间排距分别布置5根钢丝绳，钢丝绳每根长5m，确保顶板形成密集支护，拱顶加打Φ17.8mm×6000mm锚索，两帮加打Φ17.8 mm×8000mm锚索加固，顶板每排5根，两帮每排2根，锚索位置：先打顶板中间锚索，然后以中间锚索为准向两边打设，锚索间排距均为1500m×1400m，所有锚索要垂直巷道轮廓线打设，每根锚索配2390树脂药卷（1节CK2340，2节Z2350），每根锚索配二块方形钢板托盘，规格分别为：300mm×300mm×10mm和200mm×200mm×10mm，先上大托盘再上小托盘。

4 施工工艺及技术要求

4.1 施工工艺

（1）煤炭破、装、运。23区运煤巷采用EBZ—160型煤巷掘进机掘进，掘进机破煤、装煤、运煤，煤炭经掘进机到QZP－160型转载皮带，经23区运煤巷一部SSJ－1000／320S型伸缩带式输送机到21强力皮带，为保证巷道成型完整，施工期间根据顶帮煤墙情况，必要时严禁用综掘机割煤，采用炮掘、人工手镐或风镐剔进施工。

（2）截割方式。掘进机采用倒“S”形线路截割煤壁，首先由掘进机截割头在巷道左下方掏槽，槽深0.6m，掏好后悬臂平移至巷道右侧，然后悬臂上抬0.5m左右再向左截割，如此反复直至截割全断面，最后刷帮壁完成全断面。

（3）掘进工艺流程。割煤、出煤、运料同时进行→处理拱顶规格→敲帮问顶→打顶锚杆、锚顶网、打锚索→用掘进机出煤→处理两帮规格→打帮锚杆、锚帮网及交接班。

（4）锚网支护。掘进机割煤、运煤完成后，必须先及时剔除顶、帮活矸活煤、铺顶网，然后及时打顶锚杆（索）支护，顶板锚网后铺两帮金属网，打两帮锚杆、锚帮网。锚网作业顺序和原则：先拱顶后两帮、由外向里、自上而下、锚网作业人员禁止在空顶下作业，确保人员安全。

4.2 施工技术要求

巷道掘进时综掘机要尽量保证巷道成型，为实施锚杆等主动支护创造有利条件；保证锚杆孔的倾斜角度和孔深，锚杆孔应与煤层主层面斜交，角度应在20°以上，切忌与煤层主层面平行；锚杆锚固力：顶锚杆7t，帮锚杆4t；锚杆托盘必须压紧钢筋梯，未接触煤层面部分必须垫实。锚杆位置按规程要求精确定位，前后成行，上下成排，金属网片铺平伸展，钢丝绳拉直涨紧，并用锚杆压牢，保证整体质量良好。

5 支护效果分析

为全面获得巷道稳定情况，检验设计是否合理，考察巷道支护效果，对巷道围岩变形、锚杆锚固力等指标进行了动态监测。

5.1 巷道围岩变形监测

（1）测点布设：在掘进机后每5m布设一个测站，每个测站布设3个测点：两帮距底板100mm处各布置一个A点和B点，巷道顶板正中位置布设一个C点。每次观测A、B之间的距离AB和C点到AB的垂直距离OC（见图1）。

图1 巷道围岩变形监测测点布设示意

（2）监测结果分析：巷道围岩变形监测统计见表1。由表1可知，巷道施工以后20天内两帮和顶板至AB线最大移近量分别为140mm和62mm，巷道变形在20天以后基本稳定，变形量极小，且试验段并未发生明显的变形、裂缝、断裂现象，也未出现断锚杆和退索等异常情况，支护效果良好，实际效果见图2。

图2 巷道施工实际效果

表1 围岩变形实测数据记录

5.2 锚杆锚索锚固力监测

（1）锚固力测试不作破坏性试验，当拉拔加载至设计锚固力的90%即可停止。

（2）试验巷道每10m巷道抽查6根锚杆，其中顶锚杆和帮锚杆各3根。所有锚杆锚固力达到了设计要求。

6 经济效益分析

锚网索钢筋梯、钢丝绳支护与锚网索架36U拱型支架复合支护相比，在巷道有效净断面相同的情况下，掘进断面减小了8m2，提高了断面利用率，并且不架拱型支架，劳动强度低，支护材料费用减少。根据支护成本核算，采用锚网索架36U拱型支架复合支护每米巷道成本约为11046元，而采用锚网索钢筋梯、钢丝绳支护每米巷道成本约为3876元，暂不考虑二次修护的成本，每米可节约7170元材料费，经济效益十分可观。