《云南煤炭）２ｏｌｏ年第２期 锚网索支护在工作面巷道中的应用 昆明煤炭设计研究院丁国宏尹莉 摘要：介绍了吉克煤矿大断面工作面巷 要先行开采解放层Ｍ１１煤层。设计１１１０１综采 道施工中锚网索支护参数的选择及使用情况。 工作面为首采工作面，位于主、副斜井井筒东 关键词：锚网索支护支护参数 南井底车场附近。１１１０１工作面设计采高１．７２ｍ， 工作面长度１２０ｍ，推进长度６６０ｍ。工作面运输 １矿井基本概况 巷和回风巷为单巷布置，运输巷采用机轨合一 富源县吉克煤矿设计生产能力４５万ｔ／ａ，采 布置方式，工作面回采巷道掘进断面较大。由 用斜井开拓，设计以一个采区一个工作面保产。 于煤层直接顶底板不稳定，导致工作面巷道支 １０１采区为矿井首采区。首采区内可采煤层６ 护困难。 层，即Ｍ９、Ｍ１１、Ｍ１５、Ｍ１６、Ｍ２１和Ｍ２２煤 ２支护方案 层，均为中厚煤层。可采煤层直接顶底板多为 ２．１巷道开掘后的受力分析 泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，属软弱岩类，矿区 巷道开掘后，围岩由三维应力状态变为二 地质构造复杂，由于构造等的影响降低了岩石 维应力状态，围岩内部应力发生瞬间调整，从 质量以及岩体的完整程度，使得煤层直接顶底 而使巷道围岩出现四个区即塑性流动区（松动 板稳定性较差，声波测井测得的岩石强度大多 区）、塑性软化区、塑性硬化区和弹性区。围岩 小于３Ｏ。 结构分区见图１。 由于Ｍ９煤层为强突出煤层，在开采之前需 研究表明，塑性硬化区是围岩承载的主体， 弹性区 图１ 深部巷道支护体围岩结构分区图 ４１ 锚网索支护在工作面巷道中的应用 塑性软化区和塑性流动区是实施支护的主要对 体与围岩连锁在一起共同作用，提高了围岩整 象。 ２．２支护原则 体性和内在抗力及承载力，提高了围岩——支 护体结构稳定程度。 ２．４支护方案 选择支护方式应遵循以下原则： １）通过支护体加固围岩，使围岩本身成为支 撑的主体。 １１１０１工作面回风巷和运输巷施工断面较 大，巷道围岩条件较差，顶底板不稳定，传统 ２）巷道掘进后，应及时支护，尽量减小围岩 架棚支护很难满足巷道支护的需要，并且工人 的塑性变形区范围，保证围岩的整体性以及尽 劳动强度高、安装空间小、安装速度慢、安全 快形成承压结构。 ３）合理选择支护体参数并在施工的同时进行 监测工作，及时对数据进行分析处理，以保证 条件变化时能选择合理的支护参数来控制。 ４）确保支护体的工程质量以及巷道整体支护 的有效性。 ５）根据巷道用途和服务年限，选择可靠的支 护参数确保巷道支护一次成功，尽可能避免二 次支护，以达到良好的经济效益。 ２．３支护原理 锚网索联合支护技术是锚杆支护和锚索加 固技术的结合。锚杆支护是以维护围岩稳定为 目的，及时稳定与加固围岩，使围岩作为承栽 主体的一种支护形式；锚索加固技术是采用具 有一定柔性的钢铰线，埋入岩层深部，进行予 压应力而对围岩进行补强加固，传递主体结构 的支护应力至深部稳定岩层的主动支护形式， 己在岩土工程、桥梁、地面大型建筑等应用中 取得良好效果。 锚网索联合支护的作用原理公认的有悬吊 原理、加固原理、组合拱原理等。通过锚网索 支护系统与巷道围岩的相互作用，可最大限度 地减少周边应力集中，达到成功支护的目的。 近年来，锚固理论、机具、配套材料等研 究已取得很大进展，锚网索联合支护技术在煤 矿井巷，尤其围岩条件差、受动压影响、大断 面及地质构造带的支护中逐渐得到推广应用。 由于埋深大、承载力高、可施加较大予应力， 使围岩产生弹性压缩并形成“承载拱”，使支护 ４２ 程度低。锚网索支护具有主动支护的特点，符 合前面的支护原则和支护原理，具有施工速度 快、支护成本低、支护效果好等优点，同时鉴 于业主已有大量锚网索支护的施工经验，因此， １１１０１工作面巷道选用锚网索全锚支护。 ３支护参数的确定 ３．１巷道断面参数 １１１０１工作面回风巷和运输巷均沿煤层底板 布置，巷道长度６６０ｍ左右。由于吉克煤矿为煤 与瓦斯突出矿井，回采工作面需风量较大，回 风巷净宽达３．５ｍ，有两种断面形式，一种为半 圆拱形，巷道净高３．１７ｍ，一种为矩形，巷道净 高２．６ｍ；运输巷采用机轨合一布置形式，巷道 最大净宽４．５ｍ，也有半圆拱形和矩形两种断面 形式，前者巷道净高３．７５ｍ，后者巷道净高 ２．９２ｍ。 ３．２支护设计 为了便于锚杆和锚索的加工及通用性，这 里按照运输巷的断面参数进行支护参数设计。 １）巷道顶压计算 巷道掘进后，巷道上方的煤层顶板失去支 撑。就会发生变形和破坏，周围岩体应力重新 分配在巷道顶部和两帮，最后形成平衡拱。根 据自然平衡拱理论，巷道顶压按下式计算： Ｑ＝（４／３） 。ａ２／ｆ 式中：ｒ一顶板岩体平均容重，取２．６ｔ／ｍ３； ａ—巷道跨度之半； ｆ一顶板岩石坚固性系数，取最小值２； 则对于运输巷，Ｑ＝４／３ Ｘ ２．６ Ｘ ２．２５。／ 《云南煤炭￣２ｏｌｏ年第２期 ２＝８．８ｔ／ｎ 。 根锚索。 １１１０１工作面运输巷支护平、断面图见图２。 ２）理论顶板锚杆长度Ｌｄ和帮锚杆长度Ｌｈ的 确定 Ｌｄ＝０．３５Ｂ＝０．３５×４．５＝１．５８ｍ Ｌｂ＝Ｌ ＋Ｌ ＝２．０ｍ ＼＼／／ ４’～锚素 式中：Ｂ一巷道净宽，ｍ； Ｌｃ—巷道破坏最大深度，取１．０ｍ； Ｌ旷锚固段长度与外露长度之和， 外露０．１ｍ，锚固０．９ｍ； ～ …一 ～～ －％金属网、 ＼§ 一 卜 ～～～＼｜ ／ 考虑到岩层厚度变化等因素，实际锚杆长 ～—～～——／／ －－－Ｉ－ ｜｝ 暑 ＝ 度均取２．０ｍ。 熹 ３）ｇ／￣杆间距Ｍ的确定 ｌ 一 Ｊ旧 按照加固拱理论，锚杆间距Ｍ≤Ｏ．５Ｌ＝１．０ｍ。 ｆ ＼＝ｌｔ一 ４８００ 为了加强支护，锚杆间距可根据情况取０．８ｍ或 ０．９ｍ。 １４＃ｍ钢锚素鬃 ＼４）锚杆直径Ｄ的确定 ＼ ＼ ｒ 按照材料力学，锚杆直径计算公式为： 毫 ＼ —— 基 Ｄ＝ＹＪ４订．４×￣．ｂｒ＝０．０１８５ｍ 基 毫 一 量 晷 一 Ｅ式中： 杆截面载荷，取０．１ＭＰａ； 量 『孽［ ： 量 ｉｂ一锚杆屈服点，选用无纵筋螺纹钢 基 墨 错杆，屈服点取４１０ＭＰａ； Ｉ２００ Ｉ２０ｏ 实际选用 ２０ｍｍ螺纹钢锚杆。 ５）锚索参数的确定 锚索为加强支护方式，为防止顶板锚杆深 图２工作面运输巷支护断面、平面图 部受破坏而整体下沉，加打锚索到锚杆锚固段 ４支护效果分析 ２ｍ以上的深部围岩即粉砂岩中。设计选用 １１１０１工作面巷道从掘进到工作面全部推进 １５．２４ｍｍ钢绞线，顶板以上锚固深度根据钻孔 完毕时间较长（预计在两年以上），加之受到工作 揭露的围岩情况，在保证锚索进入坚硬岩层或 面回采的影响，必须加强支护，肪止巷道产生 夹石的情况下，取４．Ｏｍ或６．Ｏｍ，锚固段长度为 较大变形。锚索能充分发挥岩体的自身承载能 １．Ｏｍ，外露０．３ｍ，锚索总长４．３ｍ或６．３ｍ。 力，在安装时能以较大的预应力对岩体施加压 单根锚索排距按下式计算：Ｍ＝３・Ｓａ／（８・ａ・ 力，并传递主体结构的支护应力至深部稳定岩 ｒ‘ｋ）＝３．８５ｍ 层。在预应力的作用下，围岩产生压缩，在锚 式中：ｓａ—一单根锚索极限破断力，取２４０ｋＮ； 索的弹性压缩下形成载体，提高了围岩的整体 ｋ一安全系数，取２； 性和内在抗力，加强了围岩强度和稳定程度。 ａ一巷道宽度，４．５ｍ； 吉克煤矿工作面回风巷和运输巷由于掘进时支 ｒ一顶板岩层平均容重，取２．６ｔ／ｍ ； 护及时，支护参数合理，使用锚杆、锚索和金 为加强支护，锚索排距取１．６米，每排设三 属网联合支护后重新形成具有一定强度的组合 ４３ 浅议羊场煤矿急倾斜煤层顶板抽顶和冲矸的预防 浅议羊＝ｌ［历煤矿急ＩＩ页斜煤层 顶板抽顶和冲ｌｉ：ｌ：Ｄ￣ｍ防 羊场煤矿廖忠志杨万鹏 摘要：本文对羊场煤矿急倾斜煤层抽顶 煤矿１９８５～２００５年发生的回采工作面顶板事故 和老塘冲矸现象进行分析，提出了相应的预防 中，８９％是由于顶板抽顶和老塘冲矸造成的。 措施。 可见，抽顶和老塘冲矸是羊场煤矿工作面顶板 关键词：急倾斜煤层顶板事故预防 事故的主要原因，也是工作面的主要安全隐患。 一旦抽顶或冲矸现象发生，常常能大面积地摧 羊场煤矿的回采煤层，大多是４５度以上倾 毁工作面，甚至摧毁整个工作面，严重地影响 角的急倾斜煤层，局部达到７０多度，煤层顶板 安全生产。因此，预防抽顶和老塘冲矸现象发 由粗砂岩、细砂岩、泥质砂岩及煤线组成复合 生，即成为急倾斜煤层加强顶板管理的关键。 型顶板，在回采过程中，直接顶垮落厚度不明 １、急斜煤层回采工作面顶板垮落状况 显、高度不确定。在采用走向长壁采煤法回采 经过长期观察，急倾斜煤层工作面顶板垮 全部垮落法管理顶板时，急倾斜煤层与缓倾斜 落现象的特征，概括起来为： 煤层相比较，除有顶板下沉和垮落的共同点外， 从运输巷到回风巷顶板的冒落高度逐渐增 急倾斜煤层还有两个特殊的顶板事故现象，即 高，并且是愈往上高度愈大，裂隙带的延伸高 抽顶和老塘冲矸现象。据统计资料显示，羊场 度也愈高。如图１所示。 加固拱，取得了较好的支护效果。实践证明， 锚杆、锚网、锚索联合支护技术在大断面 上述两条巷道自掘进至今已一年，巷道围岩比 巷道掘进中的应用，成功解决了复杂围岩条件 较稳定。锚网索支护效果主要体现在： 下巷道矿压大、变形严重及巷道维修工程量大 １）锚索、锚杆重量轻，安装容易，降低了工 的问题，同时减轻了工人的劳动强度，提高了 人劳动强度。 工作效率，为巷道的快速掘进和工作面的快速 ２）巷道变形量小，减少了后期巷道维修量。 回采提供了更好的条件。 巷道掘进后，煤矿在运输巷内设置了两个测站， 我省已有部分煤矿在巷道掘进中采用锚喷 测站间距８０ｍ，观测时间６Ｏ天。由观测结果 支护方式，但对锚网索的使用却寥寥无几。我 看，在两个月的观测时问内，顶板最大下沉量 省大多数煤矿地质构造复杂，随着开采向深部 为２３．３ｍｍ，两帮最大收敛量为８６．４ｍｍ，巷道 的延伸，巷道压力加大，支护条件日益复杂， 的收敛量很小。 锚网索联合支护技术无疑是解决支护难题的一 ３）提高了工作效率，每月巷道综合进尺提高 种有效方法。 了５０ｍ，为巷道快速掘进提供了更好的条件。 ５小结 ４４