煤矿巷道锚、网、喷联合支护促进快速掘进技术浅析

【摘要】锚、网、喷联合支护是锚杆、钢筋网、喷射混凝土联合支护的简称，在煤矿巷道掘进工作中，锚、网、喷联合支护支护施工工艺的诞生，已成为提高巷道支护强度、实现快速掘进的关键。不仅为煤矿巷道提供可靠的支护方式，还为巷道的快速掘进作出重大贡献。 【关键词】煤矿；锚杆；钢筋网；混凝土；联合支护

我国煤矿巷道支护技术经历了木支护、工字钢架棚支护、u形钢拱形可缩性支护和锚杆支护技术的发展过程。与棚式支架支护相比，锚杆支护显著提高了巷道支护效果，提高了支护速度，减轻了工人劳动强度。目前，煤矿巷道锚、网、喷联合支护技术已在国内外得到普遍应用，是煤矿实现高产高效生产必不可缺少的配套技术。

一、煤矿巷道锚、网、喷联合支护的相关理论及原则 目前锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论和加固拱理论等。悬吊理论是最早的锚杆支护理论，特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎岩层的条件下，这种支护理论应用比较广泛。其主要缺陷是仅考虑了锚杆的抗拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的提高。组合梁理论充分考虑了锚杆对岩层离层与滑动的约束作用，适用于层状岩层。该理论认为，锚杆提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间的摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。加固拱理论认为，即使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，也可以形成一个承载结构。只要锚杆间距足够小，就能在岩体中产生一个均匀压缩带，它可以承受破坏区上部破碎岩石的载荷。 二、煤巷锚杆支护工艺要遵循四个原则

一是提高单根锚杆与单根锚索的强度，在保证支护强度不低于原有支护强度和巷道安全的前提下，减小锚杆密度，降低单位面积上锚杆数量，从支护设计上提高成巷速度；二是提高锚固系统的整体刚度，增加锚固区抵抗变形的能力。充分发挥大扭矩锚杆及高预紧力锚索的支护作用；三是大幅度提高锚杆的预紧力，提高锚杆控制围岩的早期扩容与离层的能力，最大限度地保持锚固煤岩体的完整性和承载能力，避免围岩产生较大的变形，使其强度过早、过快地降低。设计锚杆预紧力应达到其屈服强度的30%～40%；四是提高组合构件的强度与刚度。由于锚杆密度降低，锚杆间的距离增大。为了有效控制锚杆之问煤岩的变形、松散、破坏，需要增加钢带的强度与刚度。

三、对锚网喷联合支护的要求以达到快速掘进

3.1锚杆的材质、规格、间排距、安装（包括药卷的种类、数量及使用要求）、锚固力等要求；

3.2锚杆的孔位、孔深和孔径应与锚杆类型、长度、直径相匹配等要求；

3.3锚网的铺设与其他锚固装置连接牢固等要求；

3.4支护用的作业机具型号和有关技术要求（包括喷浆机具、锚杆钻眼机具、树脂药卷搅拌机具、张拉机具等）；

3.5支护工艺（包括临时支护和永久支护工序安排说明）；

3.6支护质量监测技术要求（锚杆扭矩、锚杆和锚索的抗拔力检查、顶板离层监测、保护层强度检测等试验器具及各类破坏性检查的控制要求）。

3.7临时支护

锚杆支护巷道掘进工作面应采用临时支护，不应空顶作业，其临时支护形式、规格、要求等应在作业规程、措施中明确规定。

四、煤巷掘进过程中的临时支护，是保证安全生产，提高掘进效率的一个重要因素

临时支护方法要求其操作简单方便，安全性能可靠，才能在生产过程中才能被有效地使用。目前在生产现场经常使用的临时支护通常有以下几种：

4.1点柱式安全点柱

点柱式安全点柱分为木点柱式和可伸缩式。

木点柱取材简单，直接选用圆木作为点柱，成本较低。但是移动不方便，不能随着巷高变化而变化。影响锚杆支护作业，使得作业的空间减小，不方便锚网支护施工。所以木点柱是锚杆支护工艺淘汰的临时支护方式。

可伸缩式的安全点柱有以下几种形式：金属摩擦支柱、内注式单体支柱、千斤顶式点柱。此类支护方式优于木点柱，能在一定程度上适应巷高变化。但是必须在将巷道工作面煤矸排出后才能使用，此类临时支护也不能较好地满足快速施工的需要。

4.2吊环前探梁支护

吊环前探梁支护，是利用吊环安装在锚杆外露丝扣部位，前探梁贯穿在吊环中移动，从而使锚网施工操作人员在前探梁掩护下作业，操作空间宽阔。吊环前探梁支护克服了支柱笨重移动不方便的缺点，能适应巷道高度变化，同时也使锚网施工操作空间达到最大化。但存在以下不足：前探梁不能接顶，不能对顶板起直接支撑作用，仅能对跨落矸石起缓冲作用，对前探梁下工作人员不能起到本质的保护作用；上下山施工中，前探梁下蹿易造成伤人事故，故在上下山施工中也不能很好的应用。

4.3掘进机机载式临时支护

利用综掘机的泵站供高压液压油，经溢流阀到操作阀，再经分流集流阀分流，控制截割臂上架体的折叠、伸缩等油缸，托住暴露的顶板，起到临时支护的作用。该临时支护存在以下问题：局部影响综掘机司机的视线；支护面积较小，不能覆盖一个循环进尺范围内顶板；使用临时支护时，截割头离迎头距离太近，造成了迎头操作空间狭窄。

五、锚网喷联合支护快速掘进的技术手段 5.1发展掘锚新机具 当前煤巷快速掘进的施工方法为：掘进机割煤--桥式胶带转载机和固定皮带机运煤--敲帮问顶--顶锚杆机打顶眼并安装、帮锚杆机打帮眼并安装，实现一次成巷、及时支护。就目前的施工工艺而言，影响快速掘进的主要因素有两方面：一是掘进机割煤速度；二是锚杆机打眼及安装速度。要实现快速掘进，一方面要发展应用大功率掘进机，如ebz230型；另一方面要研制新型锚杆钻机。现在澳大利亚液压工程公司生产的机载锚杆机，拥有ar04000系列顶锚杆钻机、ar05500系列帮锚杆钻机等型号，可安装在任何型号掘进机上，以掘进机自身液压系统为动力，具有安全、高效、准确、快速、使用寿命长等优点，能够实现顶帮锚杆的快速安装。它将是我国煤巷快速掘进的又一发展方向。 5.2发展联合支护形式扩大应用范围 稳定的围岩采用单一的锚杆支护是可行的，但是在受到动压影响，处于软岩层中，围岩容易变形、地层压力大的不稳定围岩，则必须采用不同的锚杆联合支护。不稳定或极不稳定的--v类巷道。这类巷道的特点是围岩破坏范围和变形量大，除锚杆支护配合菱形网支护外，还应采取缩小锚杆间排距、配合锚索梁加固、架棚、顶板注浆等特殊手段加强支护。另外，在跨度较大的巷道交岔点、硐室、切眼开门口和地质构造破碎带，单纯的锚杆支护不足以维护巷道稳定，还须用上述手段辅助加强支护。如果这些问题得以解决，就可以把锚杆支护作为唯一的顶板支护方式，实现巷道支护锚杆化，进一步提高巷道的掘进速度。

5.3加强锚杆支护人员培训 人是一切工作计划的制定者和执行者，无论从结构合理、质量上乘的锚杆到性能优良的锚固剂，还是从灵活高效的锚杆钻装机具到灵敏精密的监测仪器仪表，都需要人来操作。我国煤矿施工队伍人员素质偏低，加上监督管理不到位，往往施工质量难以保证。因此，重视和加强锚杆支护技术人员和施工工人的技术培训和岗位训练，必然有助于我国煤矿锚杆支护技术的发展和锚杆支护的普及。 总之，锚杆支护作为一种有效的采准巷道支护方式，对巷道围岩强度的强化作用，可显著提高围岩的稳定性，具有支护成本较低、成巷速度快、明显改善作业环境和安全生产条件等优点，可提高矿井的经济效益，因而成为煤矿企业矿井巷道的一种主要支护形式，代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。

作者简介：何文峰，男，职务：科长。学历：本科。专业：采矿工程。