锚杆支护工艺优化技术研究

【摘 要】锚杆支护技术的推广应用，使得巷道支护技术取得了突破性的进展。然而，炮掘巷道在推广应用锚杆支护后，也出现了一些问题，如巷道成形不好，影响锚网支护效果，巷道易“坠包”、“推网”，放炮后掘进迎头矸石积聚多、出矸慢，空顶时间长等。本文笔者以某矿31246巷道支护为例，对炮掘巷道的锚杆支护技术进行了研究，以供同行探讨。

【关键词】炮掘；巷道支护；锚杆支护；准直眼掏槽

前言

目前，炮掘巷道在推广应用锚杆支护后，出现了诸多问题，例如巷道成型不好，放炮后掘进迎头矸石积聚多、出矸慢，空顶时间长、出现推网等诸多因素都影响锚网支护效果，进而巷道易出现坠包、放炮易崩坏巷道观测仪器和设备等。如何有效解决这些问题，保证支护效果，实现炮掘单进水平的进一步提高，是当前的首要任务。为此，结合施工现场实际，对煤巷炮掘锚网支护进行技术分析和工艺改进。

1 工程背景

某矿31246轨道巷地质构造较复杂，断层比较发育，采用放炮掘进方式沿煤层顶板掘进，循环进尺1.6～1.9m；采用锚网梯联合支护，锚杆间排距800mm×800mm。在现场掘进中出现如下问题：

（1）放炮抛掷出的煤岩块大量堆积在迎头，影响锚杆支护施工作业。通常情况下，支护作业工序为先进行临时支护，然后出矸，再进行永久支护，这一过程一般需要3～4h，遇上交接班时间甚至更长。这样势必导致初期顶板裂隙和离层发生，对巷道支护明显不利，支护后的巷道出现了明显的网兜、坠包等现象，造成了部分锚杆托板不贴帮，锚杆外露超长或过短而失效，进而需要重新补打锚杆，浪费了时间和材料，增加了作业工序。

（2）施工中出现宽帮、高顶等成形不好的问题，通常需要手镐刨挖辅助成型或将钢带弯曲实现钢带接顶贴帮；迎头范围内已支护区的顶帮金属网出现扯开和并丝现象，损坏了金属网的完整性，影响巷道支护效果，降低了质量标准化水平。

（3）造成巷道矿压观测仪器的损坏，尽管在放炮前也采取了一定的遮挡保护措施，但效果一般，给炮掘锚网巷道施工和顶板管理造成了一定的影响。

（4）严重影响了掘进进尺，单班只能掘进一个循环，甚至完不成，对全矿工作面的正常接续产生了不利的影响。

2 锚杆支护技术的优化

31246轨道巷掘进及支护施工中出现的上述问题，实际上是炮掘方式和锚杆支护结合过程中，需要解决的矛盾问题。如解决不好，不仅制约锚杆支护技术在炮掘巷道中的推广应用，而且也对顶板控制产生不利影响。

锚杆支护是一种主动支护系统，其体现在：

（1）及时支护，即在岩体开挖早期就进行锚杆安装，安装后即对围岩提供显著的轴向和横向的支护阻力，避免岩体松动和松动圈的扩大。

（2）及时施加合理的安装应力，即在锚杆安装时施加合理的安装应力以控制围岩的早期变形，提高巷道围岩的自身承载能力，抑制松动圈的进一步扩展。安装应力象液压支架的初撑力一样对顶板支护起到主动支护的作用。

为了减少推网和巷道坠包现象，提高锚网支护的效果，必须根据锚杆支护理念，结合现场实际，制定切实可行的措施来提高巷道支护效果。

2.1 采用准直眼掏槽方式

准直眼掏槽方式有以下优点：所需掏槽眼数目较少；方式简单，易于掌握和实现多台钻机作业和钻眼机械化；炮眼深度受巷道断面限制较小，当炮眼深度改变时，掏槽布置和装药量稍作改变即可；有较高的掏槽效率；全断面一次爆破下来的岩石抛掷距离小，爆堆集中，不易崩坏巷道内的设备和支架。

3306轨道巷采用准直眼掏槽爆破技术，合理的布置了掏槽眼、周边眼、辅助眼和底眼的眼位和眼深，严格控制周边眼装药量，选择合理的爆破参数等，改善巷道成形效果，很好地解决了掘进迎头爆破抛矸的推网问题，同时掘进进尺大大提高。

2.2 及时进行永久支护，加强迎头空顶期间的顶板管理

即减少巷道围岩的空顶时间，尽量缩短临时支护和永久支护的间隔，及时安装锚杆，对围岩提供显著的轴向和横向的支护阻力，避免岩体松动和塑性松动圈的增大并封闭裂隙。因为临时支护是相对于永久支护而言的，其密度和强度不能与永久支护相比，其作用是暂时的，只是在发生顶板事故之前，给现场作业人员以避灾信号，作业人员要能够接受信号，达到避免事故的目的。在现场施工中，锚杆支护必须遵循及时有效的原则，通过改变循环作业的起始点尽量调整缩短临时支护和永久支护的间隔，减少无用反复工序，节约时间，达到及时支护的目的。

2.3 提高锚杆支护系统的预紧力

巷道“坠包”现象， 主要与围岩松软、破碎有关，加上放炮震动影响， 使得“坠包”现象表现更为突出。需要提高锚杆预紧力、保证铺网质量， 使“坠包”问题得到控制。只有充足的预紧力才能够防止顶板离层和松动圈的进一步发展，尽可能的控制顶板的早期变形。提高预紧力的主要途径：一是提高安装机具的扭紧力矩。现在，国内锚杆打眼和安装普遍采用单体锚杆钻机，这种锚杆钻机的额定输出扭矩一般在100～140N·m之间，顶推力不超过10kN，难以满足提高锚杆预紧力的要求。所以，掘进迎头需配备高扭矩的冲击式风动扳手或能提供增大扭矩的扭矩放大器，才可以提高锚杆预紧力；二是在锚杆安装中采取减摩措施。施加预紧力到一定值后，螺母与托盘之间的摩擦阻力已非常大，螺母紧固过程中的扭矩大部分消耗在对抗摩擦力上，无法使扭矩转化为杆体上的预拉力，所以，必须在螺母与托盘之间增加减阻装置，减少摩擦阻力。据试验，在每根锚杆螺母与托盘之间加上一个金属垫圈和一个塑料垫圈，可以极大地减少摩擦阻力，达到减阻的目的，从而保证实现锚杆预紧力。

另外，每次放炮前，要对掘进迎头10m范围内的锚杆进行全面的预紧力检查，预紧力下降的要重新紧固达标，同时在铺网过程中，要尽量把网铺展、紧贴煤壁，保证铺网质量。通过提高锚杆预紧力和强化铺网质量，减少巷道围岩表层的离层破碎，控制坠包和锚杆松动现象的出现。

3 支护效果

上述措施实施应用后，巷道掘进速度由改进前每班1个正规循环提高到每班3～4个；巷道成型及支护效果大大提高，宽帮现象明显减少；炸药使用量减少30%左右；推网及顶板网包现象明显减少，巷道顶底板变形量明显减少；不合理工序大大减少，节省了大量的时间和支护材料，仅支护材料费用较改进前就节省了50%以上。

4 结论

通过在巷道掘进中采用准直眼掏槽爆破技术，改进支护理念和支护措施等手段，可以控制和解决炮掘巷道锚网支护施工中出现的主要问题，为锚杆支护技术在煤巷炮掘中的推广应用和提高炮掘单进水平提供了技术支持。

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作者简介：

王泽 男，中国矿业大学在职硕士，矿业工程专业，现在山西宏厦第一建设有限责任公司从事巷道掘进施工期间安全管理工作。