淺談錨網(wǎng)支護(hù)在頂板管理中的應(yīng)用

1、淺談錨網(wǎng)支護(hù)在頂板管理中的應(yīng)用【摘要】隨著全縣煤礦開采能力的不斷提升、開采深度的不斷延伸，資源整合建設(shè)礦井的逐一投產(chǎn)運(yùn)行，煤礦采準(zhǔn)巷道的圍巖條件日趨復(fù)雜，錨網(wǎng)支護(hù)作為一種經(jīng)濟(jì)有效、相對(duì)安全穩(wěn)定的支護(hù)方式，在煤礦采準(zhǔn)巷道頂板管理中已得到廣泛應(yīng)用，實(shí)踐應(yīng)用中也突顯出其支護(hù)成本低、成巷速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度輕等經(jīng)濟(jì)效益的特性優(yōu)勢(shì)，但由于煤礦井下地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多變性，斷錨、斷索等不安全因素時(shí)有發(fā)生，對(duì)安全生產(chǎn)及人員生命構(gòu)成威脅。通過分析錨網(wǎng)支護(hù)方式的合理選配，對(duì)改良施工巷道科學(xué)應(yīng)用錨網(wǎng)支護(hù)提出相應(yīng)的技術(shù)及防范措施?！娟P(guān)鍵詞】頂板管理 錨網(wǎng)支護(hù) 安全經(jīng)濟(jì) 合理措施。井下開采礦井，大多數(shù)巷道開拓工程都要經(jīng)受

2、采動(dòng)的強(qiáng)烈影響，使煤礦巷道的圍巖控制要比其他工程困難，在受地質(zhì)條件變化、采掘結(jié)構(gòu)布置不合理等諸多因素影響下，煤礦巷道開掘和維護(hù)不僅要花費(fèi)巨額資金增加經(jīng)濟(jì)投入比例，而且巷道圍巖控制直接影響井下的安全和生產(chǎn)，是煤礦工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中的突出問題之一，隨著煤礦采深的延伸，我縣延伸15#煤層開采礦井大部分巷道布置在原始煤層中，巷道支護(hù)方式選擇了錨網(wǎng)支護(hù)，經(jīng)過近幾年的使用表明，錨網(wǎng)支護(hù)效果良好、支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到要求，完全能夠滿足安全生產(chǎn)需要，從而解決了礦用工鋼及U型鋼棚支護(hù)的使用、回撤、運(yùn)輸?shù)确矫娴膯栴}，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低了噸煤成本、提高了巷道利用率，但在個(gè)別區(qū)段錨網(wǎng)支護(hù)的應(yīng)用也暴漏出亟需改良的問題所在。

3、一、巷道支護(hù)概述巷道支護(hù)形式及支護(hù)材料的選擇取決于巷道圍巖性質(zhì)、壓力大小、巷道的服務(wù)年限、用途及巷道的斷面形狀等因素，傳統(tǒng)的巷道支護(hù)類型有棚架支護(hù)（礦工鋼支護(hù)、U型鋼支護(hù)）、石材整體式支架（俗稱砌碹）、錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)（包括錨噴支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)、錨噴網(wǎng)支護(hù)）等。但從目前了解，礦井結(jié)合安全與經(jīng)濟(jì)效益的雙向考慮，錨網(wǎng)支護(hù)普遍在采準(zhǔn)巷道中得以廣泛應(yīng)用。1.1錨網(wǎng)支護(hù)原理錨網(wǎng)支護(hù)是將鐵絲網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)或塑料網(wǎng)等用托盤固定在錨桿端頭上所組成的復(fù)合支護(hù)形式，金屬網(wǎng)多用鉛絲織成網(wǎng)格為50×50mm的網(wǎng)片，其作用是維護(hù)錨桿間的圍巖，防止松動(dòng)小石塊掉落，該支護(hù)方法工藝簡(jiǎn)單、支護(hù)成本低

4、，可用于圍巖穩(wěn)定性較差、跨度小、服務(wù)年限不長(zhǎng)的煤礦井下巷道。1.2錨桿支護(hù)作用原理錨桿支護(hù)是一種安設(shè)在巷道圍巖體內(nèi)的桿狀錨栓體系。采用錨桿支護(hù)的巷道,就是在巷道掘進(jìn)時(shí)向圍巖中鉆錨桿眼,然后將錨桿采用機(jī)械或化學(xué)藥劑的方式安裝在錨桿孔內(nèi),對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加固,以維護(hù)巷道的穩(wěn)定性，主要起以下作用： .加固拱作用：對(duì)于被縱橫交錯(cuò)的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，如果及時(shí)用錨桿加固，就能提高巖體結(jié)構(gòu)弱面的抗剪強(qiáng)度，在圍巖周邊一定厚度的范圍內(nèi)形成一個(gè)不僅能維持自身穩(wěn)定，而且能防止其上部圍巖松動(dòng)和變形的加固拱，從而保持巷道的穩(wěn)定。.組合梁作用：可將平頂巷道層狀頂板看作是由巷道兩幫為支點(diǎn)的疊合梁,在荷載作用下,各

5、層板梁都單獨(dú)彎曲,每層板梁的上下緣分別處于受壓和受拉狀態(tài)。但是用錨桿將各組合板梁壓緊之后,在荷載作用下,就如同一塊板梁的彎曲一樣,提高了板梁的抗彎強(qiáng)度,可以提高頂板巖層的承載能力。 .懸吊作用：將要冒落的圍巖或者軟弱巖層,用錨桿懸吊于上部的堅(jiān)硬巖體上,由錨桿來承載圍巖或者弱巖的重量。 .減小跨度作用：在巷道內(nèi)安設(shè)錨桿,能夠減少壓力拱的高度和跨度。如在巷道跨中打一根錨桿,相當(dāng)于在該處打一根支柱,使原來的拱分為兩個(gè)小拱,小拱的跨度為原拱的一半。如果打三根錨桿,就相當(dāng)于將原來的拱分成四個(gè)小拱,壓力拱的跨度為原拱的四分之一,同時(shí)壓力拱的高度也明顯降低。 .圍巖補(bǔ)強(qiáng)加固作用：巷道深處圍巖內(nèi)的巖石處于三向

6、受力狀態(tài),而靠近巷道周邊的巖石則處于二向受力狀態(tài),后者的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者,因此容易受破壞而喪失穩(wěn)定性。在巷道內(nèi)安設(shè)錨桿后,有些圍巖又部分地恢復(fù)為三向受力狀態(tài),增強(qiáng)了自身的強(qiáng)度。此外,錨桿還可以增強(qiáng)巖層弱面的抗剪強(qiáng)度,使巷道周邊的圍巖不易破壞和失穩(wěn)。 1.3錨網(wǎng)支護(hù)的優(yōu)越性錨網(wǎng)支護(hù)能夠通過提高圍巖自穩(wěn)能力來提高巷道圍巖強(qiáng)度，對(duì)于成層、含裂隙巖體都有較好的效果；在實(shí)際作業(yè)中具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工速度快，幾分鐘就可以完成一根錨桿的安裝，相對(duì)于砌碹架棚等方式都具有優(yōu)勢(shì)；適用范圍廣，通過改變錨桿長(zhǎng)度、直徑、間排距、錨桿端部的桁架聯(lián)系，結(jié)合錨索、梯子梁、噴砼等基本適用大部分范圍，它是一種積極防御的支護(hù)方式，

7、是礦山支護(hù)的重大變革。1.4錨網(wǎng)支護(hù)的施工錨桿支護(hù)施工工藝流程為：掘進(jìn)出煤鋪、聯(lián)金屬網(wǎng)上鋼筋托梁或鋼帶臨時(shí)支護(hù)鉆頂板中部錨桿孔、清孔安裝樹脂藥圈和錨桿用錨桿鉆機(jī)攪拌樹脂藥圈至規(guī)定時(shí)間停止攪拌、等待規(guī)定的時(shí)間擰緊螺母達(dá)到錨桿設(shè)計(jì)預(yù)緊力從中部向外依次安裝頂板錨桿。 1.5錨網(wǎng)支護(hù)質(zhì)量的檢測(cè)檢驗(yàn)錨桿支護(hù)施工質(zhì)量檢測(cè)主要包括錨固性能和安裝質(zhì)量。錨固性能一般采用拉拔試驗(yàn)檢測(cè)；錨桿安裝質(zhì)量，包括預(yù)緊力、幾荷參數(shù)、托板、鋼帶及金屬網(wǎng)等采用相應(yīng)的儀器與方法檢測(cè)。二、錨網(wǎng)支護(hù)的應(yīng)用2.1 錨網(wǎng)支護(hù)在原始煤層的使用蔭城轄區(qū)的紅山煤礦（3#）、北峙峪煤礦（9#、15#）、晉永泰煤礦（15#二采區(qū)）等礦大部分巷道布置

8、在原始煤層中（即實(shí)體煤層中），巷道支護(hù)采用了錨網(wǎng)支護(hù)方式，經(jīng)過巷道開拓、切眼布置、工作面回采推進(jìn)的時(shí)間驗(yàn)證，錨網(wǎng)支護(hù)效果很好，支護(hù)強(qiáng)度能夠達(dá)到規(guī)定要求，能夠滿足安全生產(chǎn)的需求，從而解決了金屬支護(hù)鋼鐵在使用、回撤、運(yùn)輸、變形維護(hù)等方面的問題，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了噸煤生產(chǎn)成本，提高了巷道的利用率，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的，取得了安全經(jīng)濟(jì)雙收益的成功業(yè)績(jī)，驗(yàn)證了煤巷錨網(wǎng)支護(hù)的穩(wěn)定性和實(shí)效性。2.2錨網(wǎng)支護(hù)在殘采煤層或應(yīng)力變化大的煤層中的使用隨著煤炭資源整合礦井的投入生產(chǎn)、礦井末采回收資源的進(jìn)行，舊采跡、冒落帶增多、臨空開拓巷道量增加，圍巖壓力極不穩(wěn)定加大了維護(hù)強(qiáng)度，這就給錨網(wǎng)支護(hù)帶來了一定的難度

9、，在經(jīng)過壓實(shí)后再生頂板堅(jiān)固的舊采跡、冒落區(qū)進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，困難很多，施工過程中合理采用錨網(wǎng)支護(hù)與金屬棚架聯(lián)合使用，即先進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，適當(dāng)加密錨桿間、排距，網(wǎng)邊交錯(cuò)，網(wǎng)網(wǎng)相扣，在鐵制托盤上加一木制托板，增加緩沖作用，延遲鐵托盤變形時(shí)間，打設(shè)錨網(wǎng)支護(hù)一段距離在后路備3-5mU型鋼棚，棚距可相應(yīng)加大，經(jīng)過聯(lián)合支護(hù)的巷道比直接支護(hù)的巷道服務(wù)時(shí)間要長(zhǎng)100天以上，能夠滿足采區(qū)從準(zhǔn)備到開采結(jié)束的時(shí)間需要。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用，取得了實(shí)踐性的成功，這說明錨網(wǎng)支護(hù)不僅僅能在原始煤層中使用，也可以應(yīng)用到殘采煤層及應(yīng)力大的巷道中。三、錨網(wǎng)支護(hù)巷道破壞形態(tài)及分析  3.1錨網(wǎng)支護(hù)巷道變形破壞的過程可簡(jiǎn)

10、述如下：頂板整體穩(wěn)定性遭到破壞而離層彎曲，金屬網(wǎng)下垂形成“墜包”，頂板下沉與煤壁錯(cuò)接，嚴(yán)重的可達(dá)300mm以上；兩幫在頂板巖層擠壓作用下發(fā)生塑性變形，上部錨網(wǎng)控制區(qū)內(nèi)擠壓成凸起，下部溜壁片幫，錨桿失效、脫盤；底板自由變形，底鼓現(xiàn)象普遍，巷道總體空間收斂。巷道成形后一般1020d開始變形顯現(xiàn)，且隨埋深的加大而加劇，處于動(dòng)壓區(qū)時(shí)更為嚴(yán)重，頂幫移近量最大可達(dá)巷道斷面的1/3，一般為 1/4-1/6，部分巷道不經(jīng)擴(kuò)修無法使用，特別是有些深部巷道單純采用錨網(wǎng)支護(hù)巷道變形已無法控制。3.2經(jīng)分析認(rèn)為，隨埋深增加，礦山壓力增加，壓力顯現(xiàn)明顯是主要原因；現(xiàn)行施工工藝不合理、支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)也是錨網(wǎng)支

11、護(hù)采準(zhǔn)巷道變形破壞的關(guān)鍵所在。主要破壞原因有：巷道兩幫成形不好  煤巷掘進(jìn)施工中有些炮眼、大藥量、毫秒雷管一次起爆現(xiàn)象，致使煤壁松散，破壞裂隙遍布，造成兩幫凹凸不平，難以刷齊，不能做到全部錨盤緊貼巖面，巷道錨桿受力不等，局部巷幫只靠錨桿剪切力約束，對(duì)兩幫圍巖沒有擠壓緊固作用，使圍巖在自由狀態(tài)下變形、破壞，導(dǎo)致滑移線外移，破壞范圍加大。  錨桿盤緊固不及時(shí)  端頭錨固金屬錨桿是靠螺絲緊固托盤提供錨固力的，根據(jù)快凝水泥卷35min初凝，15min終凝的特點(diǎn)，要求在打注錨桿2030min后對(duì)錨桿進(jìn)行全面緊固，要求雖然簡(jiǎn)單，卻經(jīng)常被忽視；由于

12、緊固不及時(shí)，錨桿盤往往在巷道開挖后應(yīng)力平衡過程中隨圍巖的蠕動(dòng)變形被自然壓緊，致使初始圍巖運(yùn)動(dòng)不受限制，層間結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大減弱，圍巖松動(dòng)圈進(jìn)一步擴(kuò)大，為巷道變形破壞提供了條件。  放炮影響  因巷道爆破參數(shù)掌握不合理，放大炮的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，使本以打注錨桿的巷道因爆炸沖擊波的影響，圍巖裂隙增加和擴(kuò)展，錨桿絲頭緊固螺絲松動(dòng)，錨桿錨固力下降，如二次緊固不及時(shí)，將導(dǎo)致圍巖變形量增加，裂隙向圍巖深部發(fā)展，兩幫承重巖體外移，頂板相對(duì)出露面積加大引起頂板下沉。  操作工序不合理  操作失誤或不按規(guī)程操作也是影響錨桿支護(hù)質(zhì)量的主要因素

13、。例如，頂部角錨桿安裝按規(guī)定應(yīng)與頂板成20°夾角，而人員現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)為了省事，安設(shè)角度不夠或者偏大，影響錨桿支護(hù)質(zhì)量，造成錨桿斷裂；或施工工序某些方面被習(xí)慣所左右，只考慮了方便施工，而沒有考慮怎樣提高支護(hù)質(zhì)量，如為了追求施工進(jìn)度，機(jī)前巷道清理不徹底，兩壁被浮煤掩埋，掘進(jìn) 25 m移完扒裝機(jī)后，才一次性補(bǔ)齊，此時(shí)巷幫裸露已達(dá) 45 d，圍巖應(yīng)力已部分釋放，煤壁已遭破壞，使打注錨桿起不到應(yīng)有的效果。  錨桿角度不合要求 施工中鉆錨桿眼特別是頂眼時(shí)，要配合使用短、長(zhǎng)鉆桿，采用套釬法施工，機(jī)前浮煤要盡量清理干凈，以滿足長(zhǎng)鉆桿

14、使用要求。但這些要求往往因趕進(jìn)尺而大打折扣，導(dǎo)致頂部錨桿穿皮。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)有的錨桿錨深僅0.9m，甚至更小，錨入基巖的長(zhǎng)度很少或根本未穿過松動(dòng)圈，無法控制頂板的離層下沉。  支護(hù)設(shè)計(jì)不合理  錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)仍停留在經(jīng)驗(yàn)類比法的基礎(chǔ)上，不論何種圍巖，是否受采動(dòng)影響，也不論埋深多大，所用錨桿類型、規(guī)格、錨固方式都是一成不變的，不能及時(shí)對(duì)錨網(wǎng)支護(hù)巷道中錨桿、錨索的長(zhǎng)度、直徑做出科學(xué)的設(shè)計(jì)，唯一不同的是錨桿間排距稍有變化，支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)不合理，缺乏充分依據(jù)，造成錨桿、錨索破斷。類比法設(shè)計(jì)的錨桿支護(hù)雖也能滿足部分巷道對(duì)支護(hù)強(qiáng)度的要求，但更多情況下是強(qiáng)度過大造成隱性浪費(fèi)，或

15、強(qiáng)度不夠造成巷道破壞，比如羊頭嶺紅旗煤業(yè)東采區(qū)回風(fēng)巷托夾矸掘進(jìn)，預(yù)計(jì)最大夾矸厚度0.8米，實(shí)際局部地點(diǎn)厚度達(dá)1.2米，為了強(qiáng)化吊掛作用只能在此地段補(bǔ)打錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。四、改良工藝及防范措施  錨網(wǎng)支護(hù)是一種先進(jìn)的柔性主動(dòng)支護(hù)方式，大量實(shí)踐也已證明，采準(zhǔn)巷道走錨網(wǎng)支護(hù)的路子是正確的，但需結(jié)合具體地質(zhì)條件，在合理支護(hù)參數(shù)選擇的基礎(chǔ)上，進(jìn)行科學(xué)的施工和組織管理。  4.1 采取科學(xué)的施工方法  改進(jìn)爆破方法，搞好巷道成形。兩幫邊眼內(nèi)移一定的距離，放炮后由人工用風(fēng)鎬(手鎬)“整形”，去除可能的應(yīng)力集中點(diǎn)，使金屬網(wǎng)及錨盤貼緊煤壁，同時(shí)也

16、有利于減少爆炸沖擊波影響，縮小松動(dòng)圈范圍，為保證錨網(wǎng)質(zhì)量打下良好基礎(chǔ)。  改進(jìn)錨桿施工及安裝工藝  放炮后應(yīng)及時(shí)使用前探梁控制頂板，臨時(shí)支護(hù)所用錨桿要另打，其位置不能妨礙正規(guī)錨桿的打設(shè)，嚴(yán)禁退掉前探梁在空頂情況下打注錨桿，錨桿要用專用套筒扳手緊固。鋪網(wǎng)工作要與錨桿緊固工作同時(shí)進(jìn)行。 4.2 因巷制宜，合理選擇錨桿支護(hù)參數(shù)  要根據(jù)煤巷埋深、松動(dòng)圈范圍、受力狀況和服務(wù)年限，有針對(duì)性地合理選擇錨桿規(guī)格、種類、錨固方式等，合理確定支護(hù)參數(shù)。  頂部錨桿要保證錨固到塑變位移帶，從而發(fā)揮其懸吊組合作用；要

17、求用理論計(jì)算   實(shí)際測(cè)定相結(jié)合的方法，確定松動(dòng)圈范圍，計(jì)算錨桿間排距。為保證頂板完整性，抑制彎曲變形，錨桿的錨固方式要做大的改變(使用樹脂錨固劑，改端錨為全錨，破碎地段使用注漿錨桿，大斷面硐室使用預(yù)應(yīng)力錨索等)，增大錨桿桿體與孔壁之間的摩擦力，充分發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用。  巷道兩肩部，每排各設(shè)一根45°斜插錨桿，用以克服集中張力 ，促進(jìn)巷道穩(wěn)定性，同時(shí)作為加強(qiáng)措施，沿巷道頂板傾斜方向每排增設(shè)一架鋼筋梯，用(l6A3圓鋼制作，利用其剛性，阻止頂板彎曲變形，即實(shí)行“錨、網(wǎng)、梁”聯(lián)合支護(hù)。  對(duì)巷道兩幫根據(jù)松動(dòng)

18、圈范圍確定錨桿類型、支護(hù)方式等；巷道兩底角要增設(shè)一排45°下斜錨桿，強(qiáng)化巷道兩幫圍巖的整體性，護(hù)幫、護(hù)底。  金屬網(wǎng)要鋪到底，網(wǎng)問實(shí)行搭接。增大木托盤規(guī)格尺寸，擴(kuò)大對(duì)兩幫的承托面積；金屬錨盤要用鋼板制作，增加強(qiáng)度，避免擠壓崩裂。  4.3 加強(qiáng)頂板觀測(cè)，及時(shí)獲得頂板穩(wěn)定狀況的信息 錨網(wǎng)支護(hù)巷道按設(shè)計(jì)要求每隔50m布設(shè)1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，斷層及圍巖破碎帶、應(yīng)力集中區(qū)、交岔點(diǎn)等特殊地點(diǎn)加設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，頂板離層儀安設(shè)在巷道頂板，巷道斷面中部，深基點(diǎn)設(shè)置在穩(wěn)定巖層中，淺基點(diǎn)設(shè)置在錨桿端部位置。頂板離層儀由施工隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)負(fù)責(zé)及時(shí)安裝，觀測(cè)點(diǎn)實(shí)行掛牌管理，牌板上寫明監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)、安裝人員、安裝日期和初始數(shù)據(jù)，并指定專人負(fù)責(zé)觀測(cè)數(shù)據(jù)，填寫原始記錄，建立觀測(cè)檔案，觀測(cè)人員每天及時(shí)上報(bào)觀測(cè)數(shù)據(jù)。礦負(fù)責(zé)部門對(duì)收集的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真分析，從中總結(jié)頂板變化的規(guī)律性，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)異常點(diǎn)要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，若現(xiàn)場(chǎng)確定該處巷道頂板活動(dòng)異常威脅安全生產(chǎn)時(shí)，立即上報(bào)主管礦領(lǐng)導(dǎo)采取相應(yīng)措施。4.4發(fā)展以錨網(wǎng)為初次