金能煤矿联合支护技术的实践与探讨

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【摘 要】文章主要针对金能煤矿煤巷支护实例，分析了锚杆联合支护形式的支护方式，并对其施工技术进行了详细分析，实践表明，该支护技术在生产应用中取得较好的成效与经济效益，为类似条件下的煤巷支护提供了借鉴。

【关键词】金能煤矿；支护技术；支护效果

金能煤矿地质构造与周边环境复杂，在煤巷支护中原采用料石砌碹、型钢支护技术，但永久性巷道支护后达不到使用要求，对正常开采造成影响。在使用锚杆+锚网+喷射混凝土支护技术后，取得较好的支护效果，降低了支护成本，加快了成巷速度，减轻了工人劳动强度，值得推广借鉴。

1.支护机理

金能矿可采煤层为二1煤层，厚度2.0～4.9m，平均厚3.5m。煤层顶板情况：基本顶以中粗粒砂岩为主，厚度约10.8m，呈深灰色、块状、坚硬；直接顶以泥岩为主，厚度0～0.8m，呈深灰色、块状；伪顶以炭质泥岩为主，厚度0～0.2m，呈深黑色、薄层，含植物叶部化石；泥岩和炭质泥岩组成金能矿二1煤层复合顶板。

煤层复合顶板是指煤层直接顶由软硬相间、数层厚度变化频繁的一组岩层构成，就金能矿而言，一般在炭质页岩、泥岩、炭质粉砂岩、煤线间等。当掘进巷道时，这些岩石容易风化，顶板稳定性差。

金能煤矿二1煤层复合顶板厚度在0.8～1.0之间，巷道破坏一般从稳定的“巷道关键层”下开始离层、破碎直至冒落。由于关键层的作用，巷道上方冒落岩层不会形成完整的冒落拱。这里“巷道关键层”是指位于巷道顶板上方一定层位，巷道开挖后即使不支护也能自稳的最下部的顶板岩层，即细砂岩基本顶。

支护的作用是将下部岩层锚固在关键层岩层上，并使复合顶板在巷道开掘后通过锚杆作用形成一个组合梁，防止关键层下位岩层的过大离层和破碎冒落，维持巷道稳定。当巷道上覆一定范围内的岩层有关键层时（厚108m的基本顶），巷道支护设计应按悬吊理论计算。

2.支护方式

2.1锚杆支护

金能矿二1煤基本顶属稳定岩层，利于锚杆悬吊。根据巷道高强度支护的要求，巷顶必须选用直径20MnSiⅡ型左旋无纵筋（KMG335）螺纹钢锚杆，巷两帮可选用右旋无纵筋（KMG335）锚杆和建筑螺纹钢HRB335锚杆，其表面有凹凸纹理，不需要作任何处理即能保证锚杆与锚固剂之间较高的黏结强度，锚杆配穹型垫、塑料减摩垫和金属垫圈。锚杆支护参数选择如下。

（1）锚杆长度。锚杆长度L由锚杆外露长度L1、锚杆有效长度L2及锚杆锚固段长度L3三部分组成（图1）。L=L1+L2+L3=1.95m。其中，L1为锚杆外露长度，据验收规范一般取0.05m；L2为锚杆有效长度，即锚杆锚入复合顶板的长度，一般取1.5m；L3为锚杆锚固段长度即锚杆锚入二1煤层基本顶（坚硬岩石）的长度，一般取0.3～0.4m，为了安全施工，取锚杆长度L=2m，满足正常施工需要。

（2）锚杆直径。煤矿用锚杆一般采用20MnSiⅡ型级建筑用螺纹钢，锚杆直径根据如下公式计算：d=35.52（Q/σt）/2=20.5mm。其中，d为锚杆杆体直径，mm；Q为锚固力，一般不小于114kN；σt为锚杆杆体抗拉强度（屈服强度），一般取340MPa。煤矿常用的锚杆直径规格分别为18，20，22mm，现取锚杆直径为20mm。

（3）锚杆间、排距。锚杆间、排距可根据每根锚杆悬吊的岩石质量确定，即锚杆悬吊的岩石所受重力等于锚杆的锚固力，通常按锚杆的等间距、等排距排列。锚杆间、排距D≤0.5L。其中，L为锚杆长度，系数取0.5。为安全起见，一般间、排距取0.7～1.0m。

2.2喷射混凝土

喷射混凝土要求凝结硬化快，早期强度高，故应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于42.5。喷射混凝土中的细骨料应采用坚硬干净的中砂或粗砂，粗骨料粒径一般不大于15mm。水灰比0.4～0.5为最佳，喷射的混凝土强度高，回弹少。速凝剂的掺加比例据品种不同而异，一般要求混凝土初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。

2.3安设护网

护网选用钢筋焊接网，钢筋直径为6mm；网度为100mm×100mm；从循环进尺和巷道周长考虑，网片选用1000mm×2000mm。

3.施工工艺及技术

具体巷道施工支护工艺为：光面爆破巷道成型安设前探梁打临时支护锚杆孔安装临时加固锚杆喷射临时保护层养护挂顶网打锚杆孔安装锚杆挂帮网喷射终凝混凝土。

煤矿现在常用干式混凝土喷射工艺，先将砂石过筛，按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌，然后用矿车将拌合料运送到工作面，经上料机装入以压缩空气为动力的喷射机，同时加入定量速凝剂，再经输料管吹送到喷头处与水混合后喷敷到岩面上。

4.施工注意事项

在实际施工中，直接顶800mm厚的灰黑色炭质泥岩和其上的200mm厚的灰色泥岩很难控制，不易托住，经常出现离层脱落情况，影响巷道支护的质量。一般采取锚杆+金属网+平钢带的支护形式，如果压力大、巷道变形下沉快，可追加φ22mm高强度低松弛钢绞线锚索，长8m。但对于顶板压力异常变大情况，则采取在锚杆托盘与上加木垫、增大托盘护顶面积的方法。通常采用加木垫和加木板梁托顶的加固方法。①用木垫（100mm厚，250mm宽，400mm长）、木板梁（φ40mm、长1.2m的半圆木）托顶，将木垫紧贴巷道，通过木垫、木梁增大托盘对直接顶的托、护，直接起到悬吊作用，即支的作用；②加大的木托盘对保护直接顶的完整性起到一定作用，即护的作用。在锚杆与岩体相互作用的过程中，锚杆通过木垫、木板梁与锚固端头对二1煤的直接顶提供支护抗力，阻止了泥岩、炭质泥岩的离层，增大了岩层间的摩擦力，提高了巷道的支护强度。

5.结语

综上可知，文章首先分析了金能煤矿原采用的支护技术，达不到支护效果，对正常开采造成影响，然后结合实例情况，采用锚杆+锚网+喷射混凝土支护技术后，取得了良好的支护效果。