拱形断面锚网支护技术在井巷工程施工中的成功实践及应用.doc

拱形断面锚网支护技术在井巷工程施工中的成功实践及应用
摘　要：本文叙述了月亮田矿根据本矿地质自身条件，结合锚杆支护特点，在南三采区各类地质条件及不同施工方式下，井巷工程施工中使用拱形断面锚网支护技术实践及应用获得成功。
一、概况
近年来，锚网支护技术在盘江煤电集团公司各矿井巷工程施工中得到广泛应用和推广，因锚杆支护受地质条件、施工工艺、人为因素、支护材质等影响，盘江煤电公司月亮田矿于2004年6月3日在南三1318210里切巷因锚杆支护失效而造成巷道顶板大面积冒落事故后相隔几年未推广锚网支护技术。在2007年上半年以前月亮田矿南三采区有少部分掘进巷道使用锚网支护，巷修锚网支护几乎为零，且掘进巷道锚网支护多为矩形断面；进入2007年下半年到2008年上半年后，受盘江相邻矿井井巷工程中大面积成功使用锚网喷注联合支护的影响，开始探索性在掘进、巷修施工中采用拱形断面锚网支护技术，并获得了一些有益的经验，在进入2008年下半年开始对拱形断面锚网支护技术进行推广使用。为克服地质构造复杂，岩石松软破碎、巷道压力大等困难，经过长期的探索和现场实践，不断修订锚网支护技术参数，我们摸索出采用拱形断面锚网支护技术的一些方法， 锚网支护作为一种比较成熟的巷道支护形式，与传统架棚支护方式相比，在改善支护效果、降低支护成本、减轻劳动强度、提高巷道断面利用率等方面都有显著成效。
二、锚网支护技术难以推广使用及存在问题分析
月亮田矿南三采区井田范围断层构造较为繁多和复杂，井田范围内对地质构造有影响的10—60多米落差正、逆倾向断层多达6条之多，每个采面走向长度布置也就才300—400m，受6条较大断层影响，可以说1—4m次生落差断层就较为普遍了，如此繁多的断层影响也就造成了地质构造复杂多变的主要因素，因此伴随而来的就是顶板不稳定、破碎、易冒落等情况就是长见的顶板显现规律了。另外就是：一是采动影响对巷道的破坏性表现较为强烈（主要表现为侧压）；二是布置在煤柱区域影响范围内的巷道压力及底鼓现象都表现较为明显；三是主要的一些系统巷道都沿煤层施工布置，造成返修率高，损坏巷道顶板的固有稳定性。因此综合以上影响顶板稳定原因分析，也就造成了锚网支护技术难以推广的一个重要因素，同时从主观上也存在畏惧思想。
三、 拱形断面锚网支护巷道技术参数选择
（一） 巷道支护材料选择
1、支护材料
顶板及两帮锚杆支护要求：该巷顶锚杆采用ø20×3000mm全螺纹锚杆、300×300mm短钢带配合3000×900mm（10#）铁丝网进行联合支护，巷道两帮采用ø20×2500mm全螺纹锚杆、300×300mm短钢带配合3000×900mm(10#/8#）铁丝网进行联合支护，锚杆间排距均为800mm。
2、锚索支护要求：每间隔1600mm施工一组锚索，每组锚索为3根，锚索沿巷道中线布置一根，中线两侧各一根，间、排距均为1600mm，锚索规格为ø15.24×8300mm。安装长度为8.0m。
3、锚固剂及铁丝网使用要求：锚固剂为K2335型，3000mm锚杆每根使
4、节树脂锚固剂进行锚固。2500mm锚杆每根使用3节树脂锚固剂进行锚固，每根锚索使用6节树脂锚固剂进行锚固。铁丝网搭接长度为100mm，搭接处必须用12#铁丝绑扎好，绑扎间距不大于200mm。
5、锚杆外露长度为50mm，锚索外露长度为300mm。
6、附巷道断面支护图。
(二）、 巷道围岩破坏范围估算
⑴、如图所示

⑵、巷道两帮破坏深度C的确定：
见公式（1）
式中Kδ——应力集中系数，Kδ=KS.Ka；
KS——与巷道断面形状有关的应力集中系数，
Ka——与残余支承力有关的系数，有下式确定：
见公式（2）
X—围岩的宽度，m;
Kym —基本顶稳定性系数；
δrm—巷道顶板岩层的单向抗压强度，MPa;
h—采高，m；
hi—直接顶厚度，m；
δ cc—被破坏切割的岩石单相抗压强度，MPa；
r—巷道上覆岩层的平均容重，KN/m3；
H—巷道的埋深，m；
a—煤层的倾角，（0）；
h c—被巷道切割的煤层厚度，m；
l—巷道切割煤（岩）层的最大宽度，m；
u— 煤层波松比，见下表。
A — 煤层内摩擦角 （0），由下式确定：
见公式（3）
煤层的波松比u
⑶、巷道顶板破坏高度b
见公式（4）
式中h0——巷道高度，m；
Ky——顶板岩层完整性系数
⑷、巷道围岩荷载的确定
1）、顶板载荷集中Qr的确定。
见公式（5）
式中Qr—顶板载荷集度， KN/m；
r0—顶板岩层平均容重， KN/m3。
2）、巷道两帮载荷的确定。
见公式（6）
式中 QS—巷帮载荷集度， KN/m。
三、支护成本比较及经济效益
每米巷道材料费耗定额比较
624×（8842－4870）+1140×（8992－6578）＝5230488元

月矿南三采区自2007年至今在掘进及巷修巷道过程中采用锚网支护，经济效益显著。在共计1751 m锚网拱形巷道中比U棚节约材料费5230488元；同期因锚杆支护而节约的巷道工程费用大约5648772元。
四、施工及支护效果分析
采用锚网支护不仅施工工艺简便，而且施工速度较快。同时与u型棚巷道相比，巷道整体变形量较小，断面收缩率有所降低。这种支护方式较好的保持了巷道的稳定。因此，锚网支护的巷道在（煤）岩层掘进的巷道中，采用锚网喷支护比用u型棚支护的效果好。U型棚支架虽有抗压性能好，承载能力大等特点，但由于松软破碎的岩石，穿过煤层，支护在受压变形的同时，围岩散压力一直处于上升状态，较难稳定，并由于支架的变形不能适应围岩的变形，而锚网支护包括了各种支护的优点，将松散的围岩能结合成整体，这样就改善了围岩的物理力学性能，从而形成可靠有效的结合拱结构，提高了支护的承载能力和稳定性，降低了底鼓应力的集中度，有效的控制了巷道的变形量。经过近几年的考验，巷道成形良好，顶板得到控制，在动压影响下，巷道没有产生较大的变形，成功地实现了在动压大，围岩体破碎等预期目标。此种支护方式也存在不足。
1、由于如巷道达不到及时的喷浆，巷道经过长时间的风化，围岩出现松动、下沉、兜网等现象。
2、施工工艺较复杂，人员操作不规范，导致工程质量不较差。
3、巷道掘进过程中，由于巷道成形较差，严重出现超挖好或欠挖现象，导致在施工锚杆过程中造成一定的困难。
经过在施工过程中不断的摸索与发现，我们应加大规程、措施的贯彻力度，注重现场人员的操作规范，严格按质量标准化进行操作。在今后各种掘进巷道及巷修巷道中广泛采用锚网支护，并根据巷道顶板的完整性来选择锚杆的间、排距，合理的布置。
五、结语
锚网（索）支护已在月亮田矿南三采区已得到成功应用，这是科学理论指导生产实践的具体体显。经过巷道支护优化设计为科学管理顶板，正确选择支护参数、合理确定支护强度，提供了科学的依据，该设计的应用不仅保证安全生产，取得了较好的社会效益，而且节约材料消耗，减少了工人的劳动量，提高了劳动效率。
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