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1、陈家山煤矿综放工作面全煤巷道锚网索支护技术：Bolt-mesh-anchorsupportisakindofmainsupportformforcoalmineshaftengineering.Inthispaper，inviewofthebolt-mesh-anchorsupportformofChenjiashanCoalMine，thesupportingmechanismofcoalroadwayisanalyzedindetail.Inviewofcharacteristicsofcoalroadway，combinedwithbolt-mesh-anchorsupportexper
2、ienceoffullymechanizedcavingfacecoalroadway，apracticalsupportwayfortheChenjiashanCoalMine4-2coalisprovided.Thesupportmethodcanreducethecostofsupport，solvethehiddentroubleofcoalspontaneously，therebyreducingthelaborintensityofworkers，soithassignificanteconomicandsocialbenefits.0引言陈家山煤矿综采放顶煤工作面运回顺均沿煤层底
3、板掘进，巷道顶板和两帮皆为煤体，维护困难，采用架棚、金属支架支护易产生严重的变形和破坏，需经常进行维护处理。由于有煤层自然发火危险，在回采工作面前方还需要替棚，工序复杂而又危险。锚网索支护目前做为一种主要支护形式，具有加固围岩、提高围岩强度及其承载力的作用，支护效果好，成本低，且有利于工作面两端头维护。1 巷道的地质条件陈家山煤矿427工作面运回顺、切眼，巷道总长为4050m，427工作面开采煤层为侏罗纪4-2煤，煤层底板起伏较大，底板标高为1009-895m,煤层埋藏深度为420-540m,厚度为1.1- 12.2m,平均7.83m（不含夹肝），变化较大，但规律明显，煤层趋势总体由薄变厚。埋
4、藏最深处位于设计的427回顺侧，停采线向里52m处；最浅处位于427运顺侧，427切眼向外370m处。该区段煤层结构复杂，含夹矸1-4层，夹矸岩性多为炭质泥岩、粉砂岩和泥岩，单层厚0.1-0.8m，总厚度平均0.5m。煤层节理和裂隙发育，性脆易碎，普氏硬度指数2.5-3，单向抗压强度7.8-20.6mPa。地表为山岳地形，沟深林密，对应位置为太白山向东北方向经春林河至崖头，海拔高度1490-1316m,地形复杂，相对高差较大。地表出露地层以第四系（Q4）黄土及松散沉积物为主，次为白垩系（K1）砂砾岩和砂岩沉积。427区段地质构造相对简单，总体呈单斜构造，倾向南北，中里段以新民村向斜构造为主，轴
5、向N15E，?梢砬憬瞧交海?一般在5以下。设计的运顺煤岩层倾角为132-540,平均329,同顺042-614,平均318,煤岩层倾角030-6,平均3,两顺高差0-15m,同顺比运顺高。4-2煤直接顶由粉细砂岩、4-1煤层组合而成的复合型I类顶板，厚度1.35-5.12m,平均3.27m,稳定性差，强度较低，单向抗压强度9-14.6MPa,普氏硬度系数f=2.5-5.0。老顶由中细粒砂岩、3#煤煤线组合而成，厚度9.75-31.68m，平均20.75m，普氏硬度系数f=6-8，单向抗压强度24.9-51.2MPa，稳定性较好，属n级顶板。底板由上而下为炭质泥岩，黑色、块状、含炭质，厚度0.1
6、-2.88m，平均1.1m；其次根土岩：灰色，块状，含砂质，局部含铝质，植物化石及少量FeS2结核，质脆，遇水膨胀，厚1.86- 5.5m,平均3.7m。最后为砂质泥岩：灰、灰绿、暗紫红色，中厚层状，具应力面和花斑状，中夹粉砂岩薄层，泥质胶结，厚3.91-31.4m，平均13.94m。2 全煤巷道锚网索支护井下工业性应用2.1 支护方案427两巷设计断面形状均为直墙圆弧拱型（本文以427运顺为例进行说明），运顺断面S掘=16.1m2,S净=15.1m2;巷道毛宽5.0m,净宽4.8m；毛高3.4m,净高3.3m；墙高2.8m。巷道顶板锚杆从巷道拱顶正中按设计间排距尺寸向周围两边均匀布置，采用1
7、8X2250mm（编码CKJS-C-M螺18-001）螺纹钢锚杆支护，每排7根；帮部采用16X2250mm（编码CKJS-C-M螺16-003）圆钢锚杆支护，每排8根；锚杆间排距为800X900mm顶部锚杆每眼使用1节Z2335、1节Z2360树脂锚固剂，锚固长950mm帮部锚杆每眼使用2节Z3530树脂锚固剂，锚固长度600mm同时每根锚杆配备S8X120X120mm铁托板一块，加厚防松螺母1个；网采用2.6X1100X11000mm菱形铁丝网支护；每排使用3根10X70X3000?L钢筋衍架托梁，并用扎丝双排迈步式连接；顶部锚索采用15.24X7300mmffi绞线，间排距1600mm：2
8、700mm双排矩形布置，同时配备M12X600mm曹钢一块、58X150X80mm垫板和锁具一个。在巷道右侧帮部打一组组合锚梁，每个锚梁配2根锚索，锚索规格为15.24X4900mm锚梁规格为12#x1500mmi曹钢，间距为2700mm每根锚索使用2节Z2335、2节Z2360树脂锚固剂，锚固长度1900mm。永久支护距工作面的最大距离为1100mm最小距离为200mm。注：每掘进300m加一排绝缘隔离带（塑料网）。2.2 锚杆、锚索支护强度验算按杆体承载力与锚固力等强度原则对锚杆直径进行计算：式中：d锚杆直径，cm；Q锚杆锚固力，70kN;St抗拉强度，取380MPa代入得d=0.48cm
9、矿井实际使用18mml杆，符合支护要求。按单体锚杆悬吊作用计算锚杆长度：L=L1+L2+L3式中：L锚杆总长度，m；L1锚杆外漏长度，取0.1m；L2有效长度（取免压拱高bl）,m；L3锚杆锚入坚固稳定岩层的深度（顶锚杆取0.7m,帮锚杆0.3m）；L2=b1=1/fXB/2+Hcot（45+小w/2）式中：B、H巷道掘进跨度和高度，B=5.0m,H=3.4m；f顶板岩石普氏系数，取3;小w-一两帮围岩的内摩擦角，小w取63.43（查表可知）结合上述公式计算可得出：L2=1.16m；顶锚杆长度L顶=0.1+1.16+0.7L顶=1.96m；帮锚杆长度L帮=0.1+1.16+0.3L帮=1.56
10、m；矿井实际使用锚杆长度2.25m,符合支护要求。按单体锚杆悬吊作用计算锚杆间距：式中：a锚杆间距，mmCH锚杆锚固力，70kN;安全系数，一般取2;丫一岩体容重，26.7kN/m3;L2巷道顶板岩层破碎带高度，取且1.16m。代入数据计算得：a=1.16m矿井实际为0.8X0.9m,符合支护要求。锚索支护验算：根据地质钻孔柱状图参考分析得知，直接顶无坚硬岩层。为有效防止巷道顶板岩层发生大面积或整体垮落，选用？准15.24mm7300mm的钢绞线，每排施工2个锚索，将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于坚硬岩层中。冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落进行考虑，此时，靠巷道两帮的角锚杆和锚
11、索一起发挥悬吊作用，同时在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，利用垂直方向力的平衡，?x用悬吊理论校核锚索排距：L=nF2/(BHy-2F1sin8)/L1式中：L锚索排距，m；F1锚杆锚固力，70kN;B-一巷道冒落宽度，取5.0m；H巷道冒落高度，按最严重冒落高度取2.0m；r岩体容重，26.7kN/m3;L1锚杆排距，0.90m；F2锚索的极限承载力，取230kN;e角锚杆与巷道顶板夹角，75；n锚索每排个数，取2个。代入数据计算得L=3.11m矿井实际为2.7m,符合支护要求。由以上验算数据可知，陈家山煤矿所选用的锚杆规格、锚杆间排距、锚杆长度及锚索间排距符合支护要求，为增加支护的安全系
12、数，又采用铁丝网等一系列补强措施，加强了各巷道的支护强度。2.3 巷道支护断面图巷道支护断面图如图1所示。3 施工方法及技术要求3.1 施工方法巷道掘进施工均采用EBJ160悬臂式掘进机截割施工，短掘短支一次成巷；配40T刮板输送机与80胶带输送机出煤，顶部锚杆眼、锚索眼施工和锚固用MQT-85风动锚索机施工。工作面最大空顶距1100mm最小空顶距200mm坚持割一排，支护一排。3.2 技术要求毛断面巷道轮廓尺寸误差为0+200mm锚杆间排距误差为0100mm安装角度误差不超过土50。锚杆、锚索眼深误差不得超过50mm。锚固剂搅拌必须一次完成，严禁二次搅拌，一次搅拌时间不超过30秒。网压在20
13、0mm扣距150200mm用扎丝双排迈步式连接牢固，无压茬或小于50mm连接距超过200mmg未连接属不合格。网必须挂到底、挂齐。顶板锚杆、锚索预紧力为100kN,老空侧帮锚杆锚固力为60kN,每天抽查一次，达不到要求必须及时补打锚杆、锚索，从而保证支护强度。4 全煤巷道锚网索支护机理分析目前锚网索支护有多种理论：悬顶理论、组合梁理论、组合加固拱理论、挤压连接作用等。这些理论与学说在一定时期对厚煤层锚网索支护技术的发展起到积极推动作用。经研究实践证明：锚杆预应力达到60-70kN的范围时，即可有效地减小巷道围岩变形幅度，又有效控制了巷道顶板的下沉量及顶板离层。特别是该预应力达到临界值后，支护系
14、统就能控制住围岩变形。基于高水平地应力的相关作用，提出了“刚性”梁顶板，充分利用水平应力来维护顶板的稳定性。所以，锚杆预应力的大小对顶板的稳定性起决定性作用，当预应力达到一定程度后，锚杆长度范围内以及锚杆以外的顶板离层得以消除。锚杆预应力的作用在于给顶板及时提供很高的工作阻力以形成“刚性”顶板，“刚性”顶板本身提供了一个压力支撑机构，不存在横向弯曲变形，只有纵向的微小膨胀和压缩变形。建立“刚性”梁顶板可提高顶板整体的抗剪强度，使其破坏程度不向顶板纵深方向发展。在该条件下顶板的垂直压力被转移到两侧煤体纵深，巷道两侧煤体压力减少，片帮现象得以缓和，与无预拉力锚杆支护相比较，高预应力主动锚杆支护的原
15、则是先护顶，后护帮，在一定极限范围内，顶板稳定性与巷道跨度关系不是很大，顶部锚杆的高预拉力作用是维护顶板的“刚性”，而两帮锚杆的作用是维护两帮煤体的整体性和完整性，这一支护理论弥补了“松动圈”理论的缺陷，使在相对简单的地质条件下采用大间排距锚网索支护成为可能。同时顶部锚杆间通过钢带或托梁、菱形金属网横向连接成整体，相互作用，防止煤炮或掘进过程中破碎煤体的冒漏，组合锚网索支护系统使锚固区具有很好的刚度，其自身稳定性很强，尤其对内部围岩起阻止和限制作用，顶板的破坏性也大大减少。基于“刚性”梁支护理论开发出的高性能预拉力锚网索支护系统已在淮北、淮南、彬长等地得到大范围推广应用，并取得成功。5 矿压观测结果陈家山煤矿安装的是KJ24矿压监测系统，实现了锚杆应力和顶板离层不间断监测。顶板离层监测每隔300m设置1处，巷道表面位移监测分别设3-5处，锚杆、锚索承载监测设1-2处，螺母拧紧力矩每班必须安排专人进行抽查，所需仪器规格及数量见表2。为准确掌握巷道围岩的变形
