趙明亮

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團高陽礦， 山西　孝義　032306）

引言

賀西煤礦屬于大型礦井，年產煤量已經達到了180萬t，且煤層結構較為簡單，厚度均為2 m左右，直接頂為砂巖，厚度為1.4 m。但偽頂為頁巖，厚度僅為0.4 m且容易坍塌破碎，此區(qū)域內的煤層賦存較為穩(wěn)定，偽頂與直接頂之間還夾著0.2 m厚的煤層。當存在壓力或者遇到風化問題時，此層偽頂很容易破碎，為工作面的頂板支護帶來了諸多問題。

長期以來，賀西煤礦始終全面推行煤巷錨網噴漿聯(lián)合支護巷道，這種支護方法安全可靠具備較高的經濟價值，且其控制圍巖變形的效果也很好，施工速度較快。但在大斷面拱形巷道的挖掘施工中還是首次使用，為了在大斷面拱形巷道施工過程中全面使用煤巷錨桿支護方法，我們在三采區(qū)第四風巷工作面進行了實驗探究，不但提升了煤礦生產的安全性，也創(chuàng)造了較好的經濟效益。

1　錨桿支護簡介

錨桿支護主要是利用樹脂錨固劑搭配各種材質的錨桿進行的工程支護技術，其將樹脂膠泥作為基礎的膠粘劑以及固化劑，將錨桿裝進鉆孔中，按照一定速度進行旋轉攪拌，直至將其推至鉆孔底部，以充分混合兩種化學物質，而黏結劑會迅速聚合并將錨桿與鉆孔孔壁緊緊的粘接在一起，在安裝托板并擰緊螺母，以對周圍的巖石起到固定作用。在錨桿支護過程中應做到鉆孔直徑、錨桿直徑以及錨固劑直徑的有效配合，進而確保錨桿支護達到最佳狀態(tài)。

1.1　鉆孔直徑

鉆孔直徑由錨固力、錨固成本以及錨固效率所確定，且樹脂錨桿錨固力在25～29 mm的孔徑區(qū)間內，隨著鉆機直徑的增大而增大，直至達到最大29 mm。在超過29 mm后會急劇降低。而通過類似的實驗也可以證實，直徑為18 mm的錨桿，鉆孔直徑在26 mm時的錨固力最大，而直徑為16 mm的錨桿，當鉆孔直徑為25 mm時的錨固力最大[1]。由此可以看出，鉆孔直徑越大，錨固成本越高，且鉆孔的時間也越長。

1.2　錨桿直徑

當前國外大多采用20～22 mm的錨桿直徑，但由當前我國設計及施工情況來看，錨桿直徑大多保持在16～22 mm之間，且多數(shù)集中在18 mm左右，明顯較小。目前國內很多專家都研究了錨桿的直徑與長度問題，結果顯示，錨桿長度與直徑都存在極限值，且并非越長取得的效果越佳。

具備代表性的研究主要包括以下幾點：一是錨桿尾部剪應力不超過黏結劑極限強度決定了錨桿的整體長度，且錨桿的極限直徑也由最大的軸向力與剪應力決定。二是錨桿的極限長度因大于塑性區(qū)域的厚度，且不得超過塑性區(qū)域的范圍。三是通過分析近萬個數(shù)據(jù)信息可以發(fā)現(xiàn)，錨桿長度與直徑存在合理數(shù)值。通過上述研究，我們提出了“三徑”匹配方案。即錨桿直徑的增大會進一步加大錨桿的錨固力，且增大了支護成本。但實際工程中在確定錨桿直徑時也應綜合考慮多種因素，要在保證錨桿可靠支護阻力的同時，使用經濟可行的技術方法，以充分滿足支護阻力、技術可行性以及經濟合理性等要求。綜合分析發(fā)現(xiàn)，煤礦井下工程中應采用18～22 mm的錨桿直徑[2]。

1.3　樹脂錨固劑直徑

在確定樹脂錨固劑直徑時應遵循兩個基本原則，一是在確定鉆孔直徑的條件下，確保錨固劑的順利安裝；二是在確保樹脂錨固劑順利安裝的前提下，盡量增加直徑。樹脂錨固劑直徑的增大具備以下幾種優(yōu)勢，一方面，錨桿在攪拌樹脂錨固劑時，可以確保樹脂膠泥與固化劑的充分混合，以更好的發(fā)揮出樹脂錨固劑的強度；另一方面，在使用相同體積的樹脂錨固劑時，由于直徑的增大，可以縮短錨桿的總長度，以減少裝入時間，確保安裝的順利進行。

綜合分析研究結果可以發(fā)現(xiàn)，在29 mm鉆孔中可以使用直徑在18～22 mm的錨桿。

2　后支護技術

2.1　巷道斷面

根據(jù)礦井的實際配風量，三采區(qū)第四回風巷的斷面應該設計為半圓的拱形巷道，且墻高為1.7 m，凈高度為4.1 m，凈寬度為5 m，斷面的面積為18.317 m2。

2.2　錨桿支護

頂板的錨桿呈矩形布置，且每排為14根，且兩幫拱基線下為2根錨桿，其間距為800 mm，排距也為800 mm。

2.3　頂板錨桿

頂板設置10根錨桿，且錨固長度保持在1300～1500 mm，幫錨每孔使用1支K3537，錨索然孔使用1支K2355以及2支Z2355錨固劑，且鋪設好相應的鋼筋網。

2.4　混合噴漿

采用標號為C20的混凝土，水灰比例保持在0.4～0.5之間，且水泥與沙子的配比體積為1∶3，水泥使用普通的硅鹽酸水泥，而砂子中的粗砂含水量應保持在4%～6%左右，含水量不得超過3%[3]。

2.5　第四回風巷的支護

第四回風巷的斷面較大，受風化、膨脹以及離層等因素的影響，頂板很容易出現(xiàn)垮落問題。為此，必須做好支護工作，在支護幫頂錨桿時，應緊隨工作面進行噴漿，且之間的距離應保持在30 m之內。以便提供高強度的阻力，阻止頂板巖層出現(xiàn)下沉位移問題。

3　施工保障技術

應按照綜掘機截割、巷道拱基上部、出煤、臨時支護、打頂錨錨桿、鋪金屬網、上托盤以及擰緊螺母等流程進行施工，具體措施如下。一是應嚴格控制綜掘機截割巷道成形，避免因超挖或者欠挖等問題形成較大誤差，為此后的噴漿工作帶來不便。二是工作面最大的空頂距離應保持在2 m左右，且頂部錨桿也應緊跟工作面，減少頂板的暴露時間，確保夠一排錨索排距，就及時打一排，以充分發(fā)揮出圍巖自身的穩(wěn)定性。三是應嚴格按照施工流程進行打眼工作，并安裝錨桿，完成鋪網。且打眼時必須垂直進行，不能出現(xiàn)臺階，且安裝粘固劑的順序也不能發(fā)生顛倒，確保足夠的攪拌及等待時間。四是當煤體較為松軟時，應縮短整個地段綜掘截面的寬度，并縮小錨桿之前的間排距離。五是應使用高強度的螺紋鋼錨桿，不得使用普通金屬的錨桿。六是由于錨桿支護具備較大的隱蔽性，為此施工人員還應嚴格檢查工程質量，加強現(xiàn)場監(jiān)督的力度，以確保錨桿支護可以滿足基本的設計要求，并及時補打不合格的錨桿。七是應做好巷道向外的排水工作，減少水對巷道質量的影響[4]。

4　監(jiān)測

為了進一步檢驗錨桿施工的質量水平，驗證錨桿的具體支護效果，科學評價相關參數(shù)的合理性，建立了錨桿支護巷道的檢查系統(tǒng)名，其可以充分反映錨桿在圍巖中的受力情況，以及圍巖的實際變化情況。一方面是測定航巷移近量，在巷道內每隔250 m設置兩個觀測斷面，且兩個觀測面為2 m，以測定巷道頂?shù)滓约皟蓭偷囊平?。在掘進過程中，兩幫最大的移近量為350 mm，且底板最大的累計移近量為200 mm，巷道頂板更為穩(wěn)定。但由于底板成分為泥巖，遇水很容易出現(xiàn)底鼓問題，因而在后期施工過程中，還應緊跟工作面進行噴漿工作。另一方面是觀察離層指示儀，在風巷工作面每隔250 m設置一個離層指示儀觀察點。在掘進過程中，由10天的監(jiān)測結果可以看出，巷道頂板離層量保持在100 mm以內，且距迎頭超過120 m后開始趨于穩(wěn)定。

5　經濟與社會效益

使用錨桿支護方法降低了煤礦企業(yè)的生產成本與勞動強度，同時也減輕了人工的勞動強度，提升了施工效率。

6　結語

在大斷面巷道采用錨網噴漿聯(lián)合支護軟巖復合頂板的支護效果較佳，且采用的支護參數(shù)也科學合理。高強度的錨網噴漿聯(lián)合支護技術提升了巷道圍巖的承載能力，也有效控制了拱形巷道圍巖的變形問題，改善了當前的施工環(huán)境，因而值得被進一步推廣使用。

[1]劉洪濤，王飛，王廣輝，等.大變形巷道頂板可接長錨桿支護系統(tǒng)性能研究[J].煤炭學報，2014（4）：88-89.

[2]林健，孫志勇.錨桿支護金屬網力學性能與支護效果實驗室研究[J].煤炭學報，2013（9）：113-114.

[3]張斌川，盧輝，劉路，等.深井高應力巷道錨桿支護參數(shù)優(yōu)化研究[J].煤礦開采，2014（6）：125-126.

[4]王愛文，潘一山，李忠華，等.沖擊危險巷道錨桿支護防沖原理解析[J].中國安全科學學報，2016（8）：34-35.