浅谈锚网支护在顶板管理中的应用

1、浅谈锚网支护在顶板管理中的应用【摘要】随着全县煤矿开采能力的不断提升、开采深度的不断延伸，资源整合建设矿井的逐一投产运行，煤矿采准巷道的围岩条件日趋复杂，锚网支护作为一种经济有效、相对安全稳定的支护方式，在煤矿采准巷道顶板管理中已得到广泛应用，实践应用中也突显出其支护成本低、成巷速度快、劳动强度轻等经济效益的特性优势，但由于煤矿井下地质条件的复杂性和多变性，断锚、断索等不安全因素时有发生，对安全生产及人员生命构成威胁。通过分析锚网支护方式的合理选配，对改良施工巷道科学应用锚网支护提出相应的技术及防范措施。【关键词】顶板管理 锚网支护 安全经济 合理措施。井下开采矿井，大多数巷道开拓工程都要经受

2、采动的强烈影响，使煤矿巷道的围岩控制要比其他工程困难，在受地质条件变化、采掘结构布置不合理等诸多因素影响下，煤矿巷道开掘和维护不仅要花费巨额资金增加经济投入比例，而且巷道围岩控制直接影响井下的安全和生产，是煤矿工业生产建设中的突出问题之一，随着煤矿采深的延伸，我县延伸15#煤层开采矿井大部分巷道布置在原始煤层中，巷道支护方式选择了锚网支护，经过近几年的使用表明，锚网支护效果良好、支护强度达到要求，完全能够满足安全生产需要，从而解决了矿用工钢及U型钢棚支护的使用、回撤、运输等方面的问题，减轻了工人的劳动强度、降低了吨煤成本、提高了巷道利用率，但在个别区段锚网支护的应用也暴漏出亟需改良的问题所在。

3、一、巷道支护概述巷道支护形式及支护材料的选择取决于巷道围岩性质、压力大小、巷道的服务年限、用途及巷道的断面形状等因素，传统的巷道支护类型有棚架支护（矿工钢支护、U型钢支护）、石材整体式支架（俗称砌碹）、锚杆支护、喷射混凝土支护、锚喷网联合支护（包括锚喷支护、锚网支护、锚喷网支护）等。但从目前了解，矿井结合安全与经济效益的双向考虑，锚网支护普遍在采准巷道中得以广泛应用。1.1锚网支护原理锚网支护是将铁丝网、钢筋网或塑料网等用托盘固定在锚杆端头上所组成的复合支护形式，金属网多用铅丝织成网格为50×50mm的网片，其作用是维护锚杆间的围岩，防止松动小石块掉落，该支护方法工艺简单、支护成本低

4、，可用于围岩稳定性较差、跨度小、服务年限不长的煤矿井下巷道。1.2锚杆支护作用原理锚杆支护是一种安设在巷道围岩体内的杆状锚栓体系。采用锚杆支护的巷道,就是在巷道掘进时向围岩中钻锚杆眼,然后将锚杆采用机械或化学药剂的方式安装在锚杆孔内,对巷道围岩进行加固,以维护巷道的稳定性，主要起以下作用： .加固拱作用：对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩，如果及时用锚杆加固，就能提高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自身稳定，而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而保持巷道的稳定。.组合梁作用：可将平顶巷道层状顶板看作是由巷道两帮为支点的叠合梁,在荷载作用下,各

5、层板梁都单独弯曲,每层板梁的上下缘分别处于受压和受拉状态。但是用锚杆将各组合板梁压紧之后,在荷载作用下,就如同一块板梁的弯曲一样,提高了板梁的抗弯强度,可以提高顶板岩层的承载能力。 .悬吊作用：将要冒落的围岩或者软弱岩层,用锚杆悬吊于上部的坚硬岩体上,由锚杆来承载围岩或者弱岩的重量。 .减小跨度作用：在巷道内安设锚杆,能够减少压力拱的高度和跨度。如在巷道跨中打一根锚杆,相当于在该处打一根支柱,使原来的拱分为两个小拱,小拱的跨度为原拱的一半。如果打三根锚杆,就相当于将原来的拱分成四个小拱,压力拱的跨度为原拱的四分之一,同时压力拱的高度也明显降低。 .围岩补强加固作用：巷道深处围岩内的岩石处于三向

6、受力状态,而靠近巷道周边的岩石则处于二向受力状态,后者的强度远远小于前者,因此容易受破坏而丧失稳定性。在巷道内安设锚杆后,有些围岩又部分地恢复为三向受力状态,增强了自身的强度。此外,锚杆还可以增强岩层弱面的抗剪强度,使巷道周边的围岩不易破坏和失稳。 1.3锚网支护的优越性锚网支护能够通过提高围岩自稳能力来提高巷道围岩强度，对于成层、含裂隙岩体都有较好的效果；在实际作业中具有劳动强度低、施工速度快，几分钟就可以完成一根锚杆的安装，相对于砌碹架棚等方式都具有优势；适用范围广，通过改变锚杆长度、直径、间排距、锚杆端部的桁架联系，结合锚索、梯子梁、喷砼等基本适用大部分范围，它是一种积极防御的支护方式，

7、是矿山支护的重大变革。1.4锚网支护的施工锚杆支护施工工艺流程为：掘进出煤铺、联金属网上钢筋托梁或钢带临时支护钻顶板中部锚杆孔、清孔安装树脂药圈和锚杆用锚杆钻机搅拌树脂药圈至规定时间停止搅拌、等待规定的时间拧紧螺母达到锚杆设计预紧力从中部向外依次安装顶板锚杆。 1.5锚网支护质量的检测检验锚杆支护施工质量检测主要包括锚固性能和安装质量。锚固性能一般采用拉拔试验检测；锚杆安装质量，包括预紧力、几荷参数、托板、钢带及金属网等采用相应的仪器与方法检测。二、锚网支护的应用2.1 锚网支护在原始煤层的使用荫城辖区的红山煤矿（3#）、北峙峪煤矿（9#、15#）、晋永泰煤矿（15#二采区）等矿大部分巷道布置

8、在原始煤层中（即实体煤层中），巷道支护采用了锚网支护方式，经过巷道开拓、切眼布置、工作面回采推进的时间验证，锚网支护效果很好，支护强度能够达到规定要求，能够满足安全生产的需求，从而解决了金属支护钢铁在使用、回撤、运输、变形维护等方面的问题，减轻了工人的劳动强度，降低了吨煤生产成本，提高了巷道的利用率，达到了预期的设计目的，取得了安全经济双收益的成功业绩，验证了煤巷锚网支护的稳定性和实效性。2.2锚网支护在残采煤层或应力变化大的煤层中的使用随着煤炭资源整合矿井的投入生产、矿井末采回收资源的进行，旧采迹、冒落带增多、临空开拓巷道量增加，围岩压力极不稳定加大了维护强度，这就给锚网支护带来了一定的难度

9、，在经过压实后再生顶板坚固的旧采迹、冒落区进行锚网支护，困难很多，施工过程中合理采用锚网支护与金属棚架联合使用，即先进行锚网支护，适当加密锚杆间、排距，网边交错，网网相扣，在铁制托盘上加一木制托板，增加缓冲作用，延迟铁托盘变形时间，打设锚网支护一段距离在后路备3-5mU型钢棚，棚距可相应加大，经过联合支护的巷道比直接支护的巷道服务时间要长100天以上，能够满足采区从准备到开采结束的时间需要。经过长时间的应用，取得了实践性的成功，这说明锚网支护不仅仅能在原始煤层中使用，也可以应用到残采煤层及应力大的巷道中。三、锚网支护巷道破坏形态及分析  3.1锚网支护巷道变形破坏的过程可简

10、述如下：顶板整体稳定性遭到破坏而离层弯曲，金属网下垂形成“坠包”，顶板下沉与煤壁错接，严重的可达300mm以上；两帮在顶板岩层挤压作用下发生塑性变形，上部锚网控制区内挤压成凸起，下部溜壁片帮，锚杆失效、脱盘；底板自由变形，底鼓现象普遍，巷道总体空间收敛。巷道成形后一般1020d开始变形显现，且随埋深的加大而加剧，处于动压区时更为严重，顶帮移近量最大可达巷道断面的1/3，一般为 1/4-1/6，部分巷道不经扩修无法使用，特别是有些深部巷道单纯采用锚网支护巷道变形已无法控制。3.2经分析认为，随埋深增加，矿山压力增加，压力显现明显是主要原因；现行施工工艺不合理、支护参数设计不当也是锚网支

11、护采准巷道变形破坏的关键所在。主要破坏原因有：巷道两帮成形不好  煤巷掘进施工中有些炮眼、大药量、毫秒雷管一次起爆现象，致使煤壁松散，破坏裂隙遍布，造成两帮凹凸不平，难以刷齐，不能做到全部锚盘紧贴岩面，巷道锚杆受力不等，局部巷帮只靠锚杆剪切力约束，对两帮围岩没有挤压紧固作用，使围岩在自由状态下变形、破坏，导致滑移线外移，破坏范围加大。  锚杆盘紧固不及时  端头锚固金属锚杆是靠螺丝紧固托盘提供锚固力的，根据快凝水泥卷35min初凝，15min终凝的特点，要求在打注锚杆2030min后对锚杆进行全面紧固，要求虽然简单，却经常被忽视；由于

12、紧固不及时，锚杆盘往往在巷道开挖后应力平衡过程中随围岩的蠕动变形被自然压紧，致使初始围岩运动不受限制，层间结构强度大大减弱，围岩松动圈进一步扩大，为巷道变形破坏提供了条件。  放炮影响  因巷道爆破参数掌握不合理，放大炮的现象时有发生，使本以打注锚杆的巷道因爆炸冲击波的影响，围岩裂隙增加和扩展，锚杆丝头紧固螺丝松动，锚杆锚固力下降，如二次紧固不及时，将导致围岩变形量增加，裂隙向围岩深部发展，两帮承重岩体外移，顶板相对出露面积加大引起顶板下沉。  操作工序不合理  操作失误或不按规程操作也是影响锚杆支护质量的主要因素

13、。例如，顶部角锚杆安装按规定应与顶板成20°夹角，而人员现场操作时为了省事，安设角度不够或者偏大，影响锚杆支护质量，造成锚杆断裂；或施工工序某些方面被习惯所左右，只考虑了方便施工，而没有考虑怎样提高支护质量，如为了追求施工进度，机前巷道清理不彻底，两壁被浮煤掩埋，掘进 25 m移完扒装机后，才一次性补齐，此时巷帮裸露已达 45 d，围岩应力已部分释放，煤壁已遭破坏，使打注锚杆起不到应有的效果。  锚杆角度不合要求 施工中钻锚杆眼特别是顶眼时，要配合使用短、长钻杆，采用套钎法施工，机前浮煤要尽量清理干净，以满足长钻杆

14、使用要求。但这些要求往往因赶进尺而大打折扣，导致顶部锚杆穿皮。现场实测有的锚杆锚深仅0.9m，甚至更小，锚入基岩的长度很少或根本未穿过松动圈，无法控制顶板的离层下沉。  支护设计不合理  锚杆支护设计仍停留在经验类比法的基础上，不论何种围岩，是否受采动影响，也不论埋深多大，所用锚杆类型、规格、锚固方式都是一成不变的，不能及时对锚网支护巷道中锚杆、锚索的长度、直径做出科学的设计，唯一不同的是锚杆间排距稍有变化，支护设计参数不合理，缺乏充分依据，造成锚杆、锚索破断。类比法设计的锚杆支护虽也能满足部分巷道对支护强度的要求，但更多情况下是强度过大造成隐性浪费，或

15、强度不够造成巷道破坏，比如羊头岭红旗煤业东采区回风巷托夹矸掘进，预计最大夹矸厚度0.8米，实际局部地点厚度达1.2米，为了强化吊挂作用只能在此地段补打锚索进行补强。四、改良工艺及防范措施  锚网支护是一种先进的柔性主动支护方式，大量实践也已证明，采准巷道走锚网支护的路子是正确的，但需结合具体地质条件，在合理支护参数选择的基础上，进行科学的施工和组织管理。  4.1 采取科学的施工方法  改进爆破方法，搞好巷道成形。两帮边眼内移一定的距离，放炮后由人工用风镐(手镐)“整形”，去除可能的应力集中点，使金属网及锚盘贴紧煤壁，同时也

16、有利于减少爆炸冲击波影响，缩小松动圈范围，为保证锚网质量打下良好基础。  改进锚杆施工及安装工艺  放炮后应及时使用前探梁控制顶板，临时支护所用锚杆要另打，其位置不能妨碍正规锚杆的打设，严禁退掉前探梁在空顶情况下打注锚杆，锚杆要用专用套筒扳手紧固。铺网工作要与锚杆紧固工作同时进行。 4.2 因巷制宜，合理选择锚杆支护参数  要根据煤巷埋深、松动圈范围、受力状况和服务年限，有针对性地合理选择锚杆规格、种类、锚固方式等，合理确定支护参数。  顶部锚杆要保证锚固到塑变位移带，从而发挥其悬吊组合作用；要

17、求用理论计算   实际测定相结合的方法，确定松动圈范围，计算锚杆间排距。为保证顶板完整性，抑制弯曲变形，锚杆的锚固方式要做大的改变(使用树脂锚固剂，改端锚为全锚，破碎地段使用注浆锚杆，大断面硐室使用预应力锚索等)，增大锚杆杆体与孔壁之间的摩擦力，充分发挥锚杆的支护作用。  巷道两肩部，每排各设一根45°斜插锚杆，用以克服集中张力 ，促进巷道稳定性，同时作为加强措施，沿巷道顶板倾斜方向每排增设一架钢筋梯，用(l6A3圆钢制作，利用其刚性，阻止顶板弯曲变形，即实行“锚、网、梁”联合支护。  对巷道两帮根据松动

18、圈范围确定锚杆类型、支护方式等；巷道两底角要增设一排45°下斜锚杆，强化巷道两帮围岩的整体性，护帮、护底。  金属网要铺到底，网问实行搭接。增大木托盘规格尺寸，扩大对两帮的承托面积；金属锚盘要用钢板制作，增加强度，避免挤压崩裂。  4.3 加强顶板观测，及时获得顶板稳定状况的信息 锚网支护巷道按设计要求每隔50m布设1个观测点，断层及围岩破碎带、应力集中区、交岔点等特殊地点加设观测点，顶板离层仪安设在巷道顶板，巷道断面中部，深基点设置在稳定岩层中，浅基点设置在锚杆端部位置。顶板离层仪由施工队队长负责及时安装，观测点实行挂牌管理，牌板上写明监测点号、安装人员、安装日期和初始数据，并指定专人负责观测数据，填写原始记录，建立观测档案，观测人员每天及时上报观测数据。矿负责部门对收集的观测数据进行认真分析，从中总结顶板变化的规律性，对观测数据异常点要进行现场调查，若现场确定该处巷道顶板活动异常威胁安全生产时，立即上报主管矿领导采取相应措施。4.4发展以锚网为初次