超化矿“三软”煤巷锚网支护技术研究

摘要：在对超化矿主采煤层赋存特征进行调查分析的基础上，根据22031工作面下付巷采矿地质条件，采用高强稳定型锚网支护技术，针对巷道掘进过程中遇到的各种工程问题、复杂地质条件，采取相对应的技术措施，在保证巷道使用安全的前提下，通过支护方式变革，创造了良好的经济社会效益。

关键词：“三软”煤层;锚网支护;承载性能;支护变革

1 引言

长期以来受“三软”煤层赋存条件影响，郑州矿区煤巷支护一直以被动支护为主。近年来随着矿井开采深度不断加大，巷道支护方式不仅从刚性金属支架升级为U型钢可缩性支架，而且U型钢型号也由U25逐步加大至U36。传统的U型钢架棚支护只有在壁后充填密实，均匀受压情况下才能发挥较好的支护作用，且U型钢支架费用高，工人劳动强度大，工作面回采期间还需进行坑木替棚作业。随着矿井开采深度不断加大，巷道围岩承受压力也随之增大，巷道支护状况势必将进一步恶化，如果只是一味加大U型钢型号，不仅会大大增加支护成本，给辅运系统造成更大压力，其支护效果也不能得到很好保证。深部“三软”煤巷支护问题，已成为影响郑州矿区未来可持续发展的重大技术难题。自2013年以来，郑煤集团公司大力开展“三软”煤巷的支护改革，开始积极尝试锚网支护。郑煤集团超化矿22031工作面下付巷为全锚网支护巷道，解决锚网支护技术难题，保证巷道使用安全，对于提高矿井经济效益有重要意义。

2 工程地质概况

郑煤集团超化矿22031工作面下付巷主要用于22031工作面运料和回风，西部为22041工作面采空区，北部、南部、东部均为未采动区域。巷道主要施工层位为二1煤层及其下部底板岩层，其中二1煤层走向110～170°，倾向200～260°，倾角4°～12°，平均倾角9°，平均煤厚8.5m。二1煤层受发生于印支早期到印支晚期这一时间段内豫西滑动构造影响，二1煤层形成了厚度整体变化较大，局部区域变化极大的赋存特征，煤層呈粉状构造、且煤层内滑面、摩擦镜面比较发育的结构特征。

超化矿22031工作面下付巷煤层及顶、底板岩性见表1。

3 锚网支护方案

22031工作面下付巷设计为矩形断面，净宽×净高=4.8×3.0m，误差±300mm，巷道净断面14.4m。巷道采用锚网索+钢筋梯子梁支护，其中，顶板支护方式为：锚杆+钢筋梯子梁（沿周向布置）+双层网（黑色硬质塑料网+钢筋网）+锚索;两帮支护方式为：锚杆+钢筋梯子梁（沿周向布置）+双层网（黑色硬质塑料网+钢筋网）。顶板和两帮均采用规格为Ф20×2400mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，顶板锚杆间排距750×800mm，帮部锚杆间排距800×800mm。顶板锚杆使用Z2350（中速）和K2350（快速）树脂锚固剂各1卷，而帮部锚杆只使用1卷K2370（快速）树脂锚固剂。锚杆托盘为140×140×10mm方型托盘。安装锚杆时沿周向布置钢筋梯子梁，钢筋梯子梁使用直径14mm的钢筋焊接制成，顶板钢筋梯子梁规格为4600×70mm，两帮钢筋梯子梁规格为2800×70mm。采用黑色硬质塑料网+钢筋网双层网护表，黑色硬质塑料网规格为1.2×11m，钢筋网规格为1.0×2.0m。网与网搭接长度不小于100mm，钢筋网与硬质塑料网使用14#以上双股铁丝联网。

22031工作面下付巷掘进过程中，当煤层厚度小于5m时跟顶掘进，当煤层厚度大于5m时跟底掘进。顶煤厚度大于5m时使用规格为φ18.9×8250mm锚索;顶煤厚度在3～5m时使用7.25m长锚索;顶煤厚度小于3m时使用5.25m长锚索。每根锚索使用两支Z2350和一支K2350树脂锚固剂，锚固长度1.5m。锚索托盘为废旧U型钢压制的平托板，规格为300×280mm。

22031工作面下付巷锚网支护方案见图1。

4 锚网支护效果分析

4.1 巷道表面位移变化规律

锚网支护作为一种新的支护技术，与传统支护方式相比，在改善支护效果、降低支护成本、加快成巷速度、减轻劳动强度、提高巷道断面利用率、简化回采面端头区维护工艺等方面的优越性十分突出。超化矿22031工作面下付巷在实施高强锚网支护的同时，建立了相应的观测站，监测巷道围岩表面位移变化规律与顶板深部围岩位移变化规律。

22031工作面下付巷围岩表面位移变化规律见图2，顶板深部围岩位移变化规律见图3。

由图3可知，新掘巷道采用锚网索支护后，巷道顶底板变形在距掘进头96m左右时趋于稳定，顶底板最大变形量为123mm，巷道两帮变形量相对较大，在距掘进头83m左右时趋于稳定，两帮最大移近量182mm。巷道采用锚网支护后效果良好。

由图4可知，3m深基点与7m深基点位移量均在距掘进头185m左右时趋于稳定，3m深基点在整个观测期间共产生23mm位移量，7m深基点在整个观测期间共产生33mm的位移量。22031工作面下付巷围岩自身特性较差，强度较低，流变特性非常明显，整个巷道围岩结构松软破碎，故其深部围岩位移量相较于一般巷道要高一些。

4.2 特殊地质条件下锚网支护技术分析

22031下付巷有15m左右巷道顶锚索锚固效果差，失锚率达50%。通过深入的现场调查，查找造成锚索失锚率高的原因，并制定相应对策。通过对所有锚索进行抽查，对于预紧力达不到规定要求的锚索全部拉出后进行补打。补打锚索时采用一种带刺头，可提高锚索锚固性能的新型锚索，有效地保证了锚索的锚固质量，于此同时通过加打超前锚杆，及时支护顶板，防止顶煤掉落造成空洞，以此减少空洞对锚杆、锚索支护体系的影响。通过解决松软煤层条件下迎头漏冒和锚索的施工难题，超化矿在锚网支护推广应用方面积累了宝贵的经验。

5 锚网支护经济效益分析

超化矿22031工作面下付巷断面为4.8m×3.0m时，每米巷道锚网支护材料费为1889.5元。同样断面的巷道采用U型钢架棚支护时（U型钢型号为29U，棚距0.6m），每米巷道支护材料费为6739.5元。

回采巷道采用U型钢棚支护时，工作面回采期间需进行坑木替棚，每米巷道坑木、椽子和编织网等材料费用为1320元，人工费用800元;采用锚网支护后，不仅使用的π型梁和单体液压支柱均可回收，且人工费用也降低为200元。

锚网支护与U型钢棚支护费用对比分析见表2。

由表2可知，超化矿22031工作面下付巷采用锚网支护与U型钢棚支护相比，每米巷道可节省费用6770元，超化矿采用锚网支护方式替代U型钢架棚支护方式后，取得了明显的经济效益。

6 结论

超化矿22031工作面下付巷采用锚网支护后，不但巷道围岩表面位移与顶板深部围岩位移均处于安全范围内，巷道整体支护效果良好，而且同U型钢棚支护相比，每米巷道可节省费用6770元，取得了明显的经济效益。超化矿22031工作面下付巷锚网支护方式的成功运用，为郑州矿区“三软”煤巷锚网支护提供了良好的指导作用。

参考文献

[1]陈炎光，陆士良. 中国煤矿巷道围岩控制[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，1994.

[2]何满潮，邹正盛，邹友峰. 软岩巷道工程概论[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，1993.

[3]陆士良，汤雷，杨新安. 锚杆锚固力与锚固技术[M]. 北京：煤炭工业出版社，1998.

[4]王其洲，谢文兵，荆升国，等. 动压影响巷道U型钢支架-锚索协同支护机理及其承载规律[J]. 煤炭学报，2015，40（2）：301-307.

作者简介：李宪振，1982.03-，男，汉族，河南濮阳人，2009.07毕业于河南理工大学采矿工程专专业，硕士研究生学历，中级工程师职称;现在郑州煤电超化煤矿，从事煤矿生产技术管理工作。